Formacion De Nanoesferas De Carbono

Abstracta un eco-amigable y método económico para la

formación de esferas de carbono muy uniforme de tamaño por hidrotermal

deshidratación / condensación de un comercial carbonatada

bebida a 200 ° C se informó. Hasta ahora, el efecto de

una presión extra que se construye por el CO2 disuelto en el

generación de esferas de carbono bajo condiciones hidrotermales

menos de 250 ° C no se ha demostrado todavía. En general, una

reactor complicado se requiere para poner presión excesiva sobre la

recipiente de autoclave mediante la adición de gases inertes, mientras que la manipulación

de una bebida carbonatada incluyendo fructosa y

moléculas de glucosa como precursores es favorable para diseñar una

sencillo montaje experimental y para investigar el efecto de

presión extra sobre el crecimiento de las esferas de carbono bajo leve

condición hidrotermal. En la presente memoria, el CO2 disuelto en la bebida

acelera la cinética de la deshidratación de la disuelto

moléculas de azúcar que llevan a la producción de homogénea

esferas de carbono que tienen un diámetro inferior a 850 nm. en

Además, la superficie rugosa de estas esferas de carbono probable

los resultados de la maduración de Ostwald continua de constituyente

esferas microscópicas que contienen carbono que se forman por

la posterior polimerización de hidroximetilfurfural intermedio

moléculas.

introducción

Rentable y sintético verde enfoques de carbono

nanoestructuras que exhiben propiedades buscadas son de

gran interés en los materiales de investigación en ciencias de hoy. muchos

materiales carbonosos incluyendo esferas de carbono, perlas,

cebollas y nanodiamantes han sido ampliamente investigados

debido a que sus propiedades se pueden modificar a través de una cuidadosa

control del tamaño de asistente, grado de cristalinidad, la proporción

de sp2

/ sp

3 carbono presente, y la morfología general [1].

En consecuencia, muchos procedimientos sintéticos que incluyen química

deposición de vapor, pirólisis, de arco de descarga, biomineralización,

y el procesamiento hidrotérmico han sido reportados,

que requieren un control preciso de las condiciones de reacción [2].

Entre estos, la carbonización hidrotérmica de biomasa (biológicamente

compuestos de hidratos de carbono generado) como el precursor

materia prima sería una fuente de partida deseable para la

síntesis ecológico de materiales basados en carbono de alto valor

[3]. Para utilizar eficazmente esferas de carbono para la energía y

aplicaciones biológicas tales como supercondensadores, baterías,

administración de fármacos, plantillas para la síntesis de materiales, etc., tanto

control del tamaño y monodispersidad son críticas [4]. Por ejemplo,

cuando esferas de carbono se utilizan como plantillas para la síntesis de

conchas huecas de metal, óxidos metálicos, y fotónicos

cristales, el tamaño del producto final está determinado por la

homogeneidad y el tamaño de estos agentes de plantilla [5, 6]

En general, la carbonización hidrotermal se puede dividir

en alta (más de 400 ° C) y baja (por debajo de 250 ° C) Temperatura

condición, y la investigación sobre el efecto de la presión extra en

la cinética de la carbonización a baja temperatura hidrotermal

aún no se ha descrito [7]. En cuanto a como la constante

volumen de un autoclave, la temperatura puede ser

considerado como el único parámetro que puede afectar a la reacción de

presión. Desde la presurización del recipiente de autoclave

mediante la adición de gases inertes en condiciones hidrotérmica es

, el efecto de la presión no es fácil para la formación de carbono

esferas sólo se verifica en condiciones supercríticas [8] o de alta temperatura

[9] condición. Sin embargo, el uso de un carbonatada

bebidas que incluye precursores de carbono es favorable para diseñar

un sencillo montaje experimental y hace que sea posible verificar

el efecto de la presión para el crecimiento de esferas de carbono.

En esto, se demuestra que la carbonización hidrotermal de

una bebida carbonatada comercial, SPRITER

, En un sistema cerrado

conduce a la formación de esferas de carbono de tamaño uniforme, que son

formado por la deshidratación / condensación de fructosa y glucosa

unas moléculas seguido por densificación posterior (condensación

y carbonización) en ausencia de cualquier catalizador o

aditivos. Por otra parte, nos informan de que el dióxido de carbono disuelto

en la solución tiene una gran influencia sobre la reacción de

cinética para generar esferas de carbono de tamaño relativamente pequeño

y distribución de tamaño homogéneo. El refresco, SPRITER

,

contiene agua carbonatada, jarabe de maíz de alta fructosa (una mezcla

de glucosa y fructosa), ácido cítrico, sabores naturales,

citrato de sodio, y benzoate.1 de sodio Entre estos ingredientes,

la glucosa y la fructosa son precursores para la formación de

esferas de carbono. En nuestros estudios anteriores, coloidal uniforme

esferas de carbono con diferentes morfologías resultante de

diferentes vías de reacción fueron preparados a partir de glucosa, fructosa,

o soluciones de sacarosa por medio de carbonización hidrotermal

[10, 11]. Mientras que el tratamiento hidrotérmico de una solución acuosa

solución de fructosa se encontró para generar hidroximetilfurfural

(HMF) como un intermedio por medio de un intramolecular

deshidratación a 120-140 ° C, una solución acuosa de glucosa hizo

no formar HMF como resultado de la deshidratación intermolecular en

temperaturas inferiores a 180 ° C durante las primeras etapas de la

proceso hidrotérmico. Para remediar los residuos bebida que contiene

disueltos azúcares, fibras, carbohidratos, y otros aditivos,

un valor alto (reportado como 600-4,500 mg / L) de

demanda bioquímica de oxígeno, un parámetro que relaciona la

cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos para la completa

la degradación de compuestos orgánicos en dióxido de carbono

y agua, se requiere [12]. Por lo tanto, en lugar de tirar

bebida sin terminar en el drenaje, la recogida y

recarga de CO2 de la misma para la síntesis de esferas de carbono y

un intermedio para la producción de biocombustibles parece ser una importante

tema para desarrollar

Resultados y discusión

Las figuras 1 y 2 muestran imágenes de SEM de esferas de carbono

producida a partir de las bebidas con y sin CO2 siguiente

tratamiento hidrotérmico a 200 ° C durante 3 h, respectivamente.

Indican que el CO2 no afecta realmente la esférica

morfología, pero que, de hecho, dar lugar a un tamaño reducido

distribución de las esferas de carbono. A partir de imágenes de SEM con

diferentes aumentos (Fig. 1a-d) y el tamaño de partícula

curva de distribución (Fig. 1e), casi todos los productos finales

producido bajo la condición de CO2 disuelto (CDC) tienen

diámetros dentro del intervalo de 600-800 nm. Sin embargo, bajo

la condición libre de CO2 (CFC), una amplia distribución de carbono

esferas de 100 a 800 nm se observó (Fig. 2a-e). la

Imágenes TEM (Fig. 3) confirman que las esferas de carbono preparadas

bajo CDC muestran una distribución de tamaño más estrechas que las

preparado bajo CFC. El crecimiento de las esferas de carbono puede ser

explicado por un modelo LaMer, lo que sugiere que cada

esfera individual muestra una estructura de tipo concha núcleo compuesto

de un núcleo hidrófobo relativamente densa y una hidrófila

bombardear con oxígeno que contiene grupos funcionales [3,

10]. Los patrones de difracción de electrones asociados indican una

estructura amorfa (Fig. 3a, b). La superficie de carbono

parece áspero, y la morfología de la superficie de grano como

resultados de autoensamblaje de carboncontaining microscópica

esferas producidas por polimerización subsiguiente

de las moléculas de HMF a esferas más grandes [10, 11]. A partir de la termodinámica

punto de vista, esferas de carbono de pequeño tamaño no son

estable debido a su alta energía superficial de manera que Ostwald

maduración y aglomeración ocurrir espontáneamente durante

la carbonización hidrotermal. El resultado confirma que

la mayor presión generada por la bebida carbonatada

impulsa la formación de esferas de carbono uniformes. fundamentalmente,

oligosacáridos y otros intermedios incluidos

Se producen HMF y ácido levunilic (ácido 4-oxopentanoico)

por la etapa de polimerización, que induce la nucleación

y el crecimiento de esferas de carbono por carbonización [13]. cuándo

sólo existe agua en la solución, la presión de vapor a 200 ° C

es del orden de 15,3 atm por la ecuación. (1) [14].

informado de que aproximadamente 2,7 atm a 15 ° C.2 Cuando asumimos que

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