Международная группа ученых разработала клеточно-активированный уголь на основе углеродной пены с повышенным показателем адсорбции. Результаты исследования представлены в журнале Nano.

Традиционный активированный уголь представляет собой пористый материал с очень большой удельной поверхностью. Это свойство позволяет использовать такой уголь, например, в медицине — для очистки и извлечения различных веществ. Для его получения сырье (древесину, каменный уголь) обугливают и активируют с помощью термохимической или термической обработки. В результате на поверхности вещества образуются микро-, мезо- и макропоры.

Альтернативой «обычному» активированному углю может служить материал на основе углеродной пены — сетки из углеродных нанотрубок и кластеров, обладающей крайне низкой плотностью и большой площадью поверхности. Внутри объема такие пены могут активироваться термохимически с образованием микро- и мезопор на стенках макропор. При этом в роли прекурсора вещества до сих пор выступали относительно дорогие фенолформальдегидные смолы (PF).

В новой работе ученые из Фуцзяньского университета сельского и лесного хозяйства (КНР) и Университета Брунеля (Великобритания) представили более доступную технологию получения клеточно-активированного угля. Вместо PF авторы использовали карбамидофенолформальдегидные смолы (PUF) — они извлекаются из растений, дешевы и содержат танины. Последние, в свою очередь, обладают вяжущими и дубильными свойствами и применяются, в том числе, в медицине.

Принцип активации угля. / © Weigang Zhao et al., Nano, 2016

В результате исследователи получили клеточно-активированный уголь с микро- (менее двух нанометров) и мезопорами (от двух до 50 нанометров) на стенках макропор (от 100 до 600 микрометров). При этом вещество не требовало модификации азотом — он поступал в ячейки из смол. Легирование угля азотом повышает показатель адсорбции (в эксперименте — углекислого газа и водорода) и оптимизирует его электрохимические и электрические свойства.

По мнению авторов, потенциально новое вещество, таким образом, может использоваться как замена традиционному активированному углю не только в медицине, но и промышленности. Например, как и «обычный» уголь, он может служить носителем катализатора или накопителем энергии. В то же время за счет структуры клеточно-активированный уголь обладает повышенной адсорбцией. В следующих работах ученые продолжат изучение его свойств.