МИКРОТОЛҚЫНДЫ РАЗРЯДТАҒЫ МЕТАННАН ЖАСАЛҒАН КӨМІРТЕКТІҢ ПЛАЗМОХИМИЯЛЫҚ СИНТЕЗІ

Бұл жұмыста атмосфералық қысым кезінде микротолқынды разрядта метан пиролизі әдісімен синтезделген көміртегі материалдарын кешенді зерттеу нәтижелері келтірілген. Микротолқынды разряд қуатының әсерінен алынған көміртегінің морфологиялық, фазалық және текстуралық сипаттамалары зерттелді. Сканерлеуші электронды микроскопия (СЭМ) көмегімен қуаттың 0,6-дан 1,4 кВт-қа дейін алынған үлгілер бөлшектердің орташа мөлшерінің ~20,2 мкм-ден ~10,4 мкм-ге дейін азаюына және дисперсті құрылымның пайда болуына әкелетіні анықталды. Рентген фазалық талдау (РФТ) көміртектің аморфты турбостраттық құрылымнан процесс температурасының ұлғаюымен неғұрлым реттелген графит тәрізді фазаға ауысатынын көрсетті. Азотты төмен температуралық адсорбциялау әдістерімен (BET және BJH) көміртегі материалдары мезокеуекті құрылыммен сипатталатыны, ал меншікті беті мен көздер көлемінің максималды мәндері магнетронның минималды қуаты кезінде (тиісінше 628 м²/г және 5,04 см³/г) байқалатыны көрсетілген. Алынған нәтижелер аса жоғарғы жиілікті плазма (АЖЖ) плазма қуатының көміртегі материалдарының құрылымын және функционалдық сипаттамаларын басқарудағы шешуші рөлін көрсетеді, бұл оларды энергияның катализінде, сорбциясында және жинақталуында пайдалану перспективаларын ашады.

1. IEA. Global Hydrogen Review 2024 / IEA. – Paris: IEA, 2024. – Режим доступа: https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2024. – Загл. с экрана. – Licence: CC BY 4.0.

2. Стратегия достижения углеродной нейтральности Республики Казахстан до 2060 года. – Режим доступа: https://adilet.zan.kz/rus/docs/U2300000121. – Загл. с экрана.

3. IEA. Hydrogen / IEA. – Paris: IEA, 2023. – Режим доступа: https://www.iea.org/reports/hydrogen-2156. – Загл. с экрана. – Licence: CC BY 4.0.

4. Fincke, J. R., Anderson, R. P., Hyde, T. et al. Plasma thermal conversion of methane to acetylene // Plasma Chemistry and Plasma Processing. – 2002. – Vol. 22, No. 1. – P. 107–138. https://doi.org/10.1023/A:1012944615974

5. Sánchez-Bastardo, N., Schlögl, R., Ruland, H. Methane pyrolysis for zero-emission hydrogen production: a potential bridge // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2021. – Vol. 60, No. 32. – P. 11855–11881. – https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01679

6. Technology from fossil fuels to a renewable and sustainable hydrogen economy // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2021. – Vol. 60, No. 48. – P. 17795–17796. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c04435

7. Cheon, S., Byun, M., Lim, D., Lee, H., Lim, H. Parametric study for thermal and catalytic methane pyrolysis for hydrogen production: techno-economic and scenario analysis // Energies. – 2021. – Vol. 14, No. 19. – Article 6102. https://doi.org/10.3390/en14196102

8. Dagle, R., Dagle, V., Bearden, M., Holladay, J., Krause, T., Ahmed, S. R&D opportunities for development of natural gas conversion technologies for co-production of hydrogen and value-added solid carbon products: technical report PNNL-26726 / Pacific Northwest National Laboratory. – Richland, WA, 2017. – Режим доступа: https://www.pnnl.gov/main/publications/external/technical_reports/pnnl-26726.pdf. – Загл. с экрана.

9. Kim, M. H., Lee, E. K., Jun, J. H., Kong, S. J., Han, G. Y., Lee, B. K., Lee, T., Yoon, K. J. Hydrogen production by catalytic decomposition of methane over activated carbons: kinetic study // International Journal of Hydrogen Energy. – 2004. – Vol. 29, No. 2. – P. 187–193. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(03)00111-3

10. Muradov, N. Hydrogen via methane decomposition: an application for decarbonization of fossil fuels // International Journal of Hydrogen Energy. – 2001. – Vol. 26, No. 11. – P. 1165–1175. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(01)00073-8

11. Lee, E. K., Lee, S. Y., Han, G. Y., Lee, B. K., Lee, T., Jun, J. H., Yoon, K. J. Catalytic decomposition of methane over carbon blacks for CO2-free hydrogen production // Carbon. – 2004. – Vol. 42, No. 13. – P. 2641–2648. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.06.003

12. Prabowo, J., Lai, L., Chivers, B., Burke, D., Dinh, A. H., Ye, L., Wang, Y., Wei, L., Chen, Y. Solid carbon coproducts from hydrogen production by methane pyrolysis: current understandings and recent progress // Carbon. – 2024. – Vol. 216. – Article 118507. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118507

13. Skakov, M., Miniyazov, A., Tulenbergenov, T., Sokolov, I., Zhanbolatova, G., Kaiyrbekova, A., Agatanova, A. Hydrogen production by methane pyrolysis in the microwave discharge plasma // AIMS Energy. – 2024. – Vol. 12, No. 3. – P. 548–560. https://doi.org/10.3934/energy.2024026

14. Skakov, M. K., Tulenbergenov, T. R., Sokolov, I. A., Miniyazov, A. Zh., Agatanova, A. A. Experimental study of methane conversion in a microwave discharge // NNC RK Bulletin. – 2024. – No. 3. – P. 123–128. – (In Russ.). https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-3-123-128

15. International Organization for Standardization. ISO 9277:2022. Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption – BET method: 3rd ed. – Geneva : ISO, 2022.

16. International Organization for Standardization. ISO 15901-1:2016. Evaluation of pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption – Part 1: mercury porosimetry: 2nd ed. – Geneva : ISO, 2016.

17. Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G. Intercalation compounds of graphite // Advances in Physics. – 2002. – Vol. 51, No. 1. – P. 1–186. https://doi.org/10.1080/00018730110113644

18. Dahn, J. R. Structure and electrochemistry of carbon electrodes for rechargeable lithium batteries // Science. – 1995. – Vol. 270, No. 5236. – P. 590–593.

19. Ferrari, A. C., Robertson, J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Physical Review B. – 2000. – Vol. 61, No. 20. – P. 14095–14107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.14095.

20. Franklin, R. E. The structure of graphitic carbon // Acta Crystallographica. – 1951. – Vol. 4, No. 3. – P. 253–261. https://doi.org/10.1107/S0365110X51000842

21. Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A. V., Olivier, J. P., Rodriguez-Reinoso, F., Rouquerol, J., Sing, K. S. W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. – 2015. – Vol. 87, No. 9–10. https://doi.org/10.1515/pac-20141117