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It has been shown that selected types of substituents are able to vary the oxidative behavior of multi-walled carbon nanotubes. Such substituents investigated were sterically hindered secondary amino groups bonded in grafted piperidine units and covalently bonded bromine groups. Their interference and activity was preliminary determined in the model cumene and then in oil diesel fraction and low density polyethylene oxidation reactions. Results obtained indicate that chemical linking of amine moieties containing –NH groups directly to the carbon nanotubes core significantly increases their intrinsic anti-oxidative capacity while the grafting of Br-groups provokes the opposite functioning of the pristine samples. This inference was proved by thermogravimetric and differential thermal analysis of the polyethylene composites and experiments on profound aerobic oxidation of petroleum naphthenic fraction derived from the commercial Baku oils blend diesel cut.
Die hochselektive und ausbeutereiche plasmachemische Bromierung von Polyolefinoberflächen wurde auf graphitische Materialien übertragen. Oberflächen von graphenartigem Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG), natürlichem Graphit, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) sowie Kohlenstoff-Fasern wurden im Bromdampfplasma behandelt. Während die Bromierung von Polyolefinoberflächen als radikalische Wasserstoffabstraktion mit nachfolgender Addition (Rekombination) oder durch nucleophile Substitution an sp³-hybridisierten C-Atomen abläuft, können graphitische Strukturen sowohl an sp³-hybridisierten Strukturdefekten als auch durch elektrophile Addition an vollständig C-substituierte aromatische Doppelbindungen bromiert werden. Dabei werden die planaren (graphitischen) sp²-C-Atome in die tetraedrische sp³-Hybridisierung umgewandelt und zu elektrisch nichtleitenden Strukturen gefaltet.
Die maximalen Bromausbeuten bei Verwendung von Brom als Plasmamedium lagen je nach Substrat zwischen 1050% Br/C, mit Bromoform deutlich darüber, was durch Kombinationen von Bromoform mit Brom oder Allylbromid mit Bromoform durch Schichtbildung auf über 70% Br/C gesteigert werden konnte.
An die C-Br-Gruppen wurden nasschemisch verschiedene Amine nucleophil gepfropft. Die Pfropfausbeuten von 110 Moleküle je 100 C lagen deutlich niedriger als die erreichten Pfropfgrade von etwa 122 Moleküle je 100 C-Atome an Polyolefinoberflächen. Da nach der chemischen Pfropfung nahezu alle nichtgepfropften Br-Gruppen verschwunden waren, muss auf eine bevorzugte Rekonstruktion der planaren sp²-Graphitschicht geschlossen werden.
1Brominated carbon nanotubes as effective catalysts for petroleum hydrocarbons aerobic oxidation
(2012)
Brominated single-walled carbon nanotubes [(Br)n-SWCNT) produced by the plasma-chemical technique were involved in the liquid-phase process of hydrocarbons aerobic oxidation. The significant catalytic effect of the (Br)n-SWCNT was revealed at first by the cumene initiated model oxidation and then in experiments on profound aerobic oxidation of petroleum naphthenic fraction derived from the commercial Azerbaijan (Baku) oils blend diesel cut. The ability of (Br)n-SWCNT to accelerate the aerobic oxidation of the hydrocarbons was found out for the first time. Obviously this phenomenon originates from the peculiarities of electronic configuration of the (Br)n-CNT patterns. The plausible mechanism of (Br)n-SWCNT catalytic action is inclined to the formation of reactive oxygen species. The catalytic activity of (Br)n-SWCNT markedly exceeds the activity of the industrial catalysts, manganese salt of indigenous petroleum acids, used for the liquid phase petroleum hydrocarbons oxidation process.