Сравнение возможностей углеродных сорбционно-активных материалов для экспрессного концентрирования летучих органических соединений из потока анализируемого воздуха
Authors: Родинков Олег Васильевич , Постнов Виктор Николаевич , Спиваковский Валерий , Бугайченко Александра Сергеевна 
Published: August 2021

Углеродные сорбенты широко используются для динамического сорбционного концентрирования определяемых веществ в анализе воздуха. Однако углеродные и особенно наноуглеродные сорбционно-активные материалы имеют один существенный недостаток. Слишком мелкие частицы этих материалов часто препятствуют их непосредственному применению при анализе воздуха из-за низкой проницаемости сорбционного слоя. Решить проблему низкой проницаемости микродисперсных сорбционно-активных материалов можно с помощью композиционных поверхностно-слойных сорбентов, в которых эти материалы находятся на поверхности относительно крупнодисперсного носителя.

Основная цель работы – оценка возможностей поверхностно-слойных сорбентов на основе различных углеродных материалов для экспрессного концентрирования высокотоксичных летучих органических соединений (средних спиртов и фенолов). Синтезированы и исследованы поверхностно-слойные сорбенты на основе коммерчески доступных углеродных нанотрубок (Baуer, Dealton, Таунит-МД) и нанотрубок, синтезированных собственноручно с использованием кобальтового катализатора. Перечисленные углеродные сорбенты наносили на кремнеземные носители на основе аэросилогеля. Выбор этих носителей обусловлен их высокой термической устойчивостью и возможностью нанесения на их поверхность слоев пироуглерода и углеродных нанотрубок. Кроме того, эти носители позволяют создавать композиты с самыми различными сорбционно-активными углеродными материалами.

Наибольшая эффективность установлена для поверхностно-слойных сорбентов на основе углеродных нанотрубок, полученных с использованием кобальтового катализатора. Эффективность этих сорбентов по величине ВЭТТ существенно выше, чем у сорбентов на основе графитированной термической сажи (Карбопаки) с сопоставимой удельной поверхностью. Особенно сильно достоинства поверхностно-слойных сорбентов начинают проявляться при высоких скоростях анализируемого воздуха. Повышенная гидрофильность некоторых синтезированных композитов затрудняет их применение при анализе влажного воздуха с ориентацией на последующую термодесорбцию аналитов. Хотя при этом остается возможность десорбции с помощью подходящего органического растворителя с последующим определением аналитов методом ВЭЖХ.

Общеизвестны трудности термодесорбции высококипящих органических соединений с поверхности углеродных адсорбентов. Для решения этой проблемы синтезированы поверхностно-слойные сорбенты со слоем пироуглерода на поверхности макропористого носителя порохром-3 для газовой хроматографии с небольшой удельной поверхностью. Предложенные сорбенты дают возможность проводить сорбционное концентрирование фенола и изомерных крезолов за 5 минут с коэффициентом концентрирования 2×103 с последующим газохроматографическим определением аналитов (пламенно-ионизацонный детектор) на уровне нескольких мкг/м3. Это создает необходимые предпосылки для экспрессного определения фенола и изомерных крезолов на уровне предельно допустимых концентраций воздуха жилых помещений и атмосферного воздух населенных мест.