ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ И МИКРОВОЛНОВЫЙ СИНТЕЗ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ КОФЕЙНОГО ЖМЫХА С ПРИМЕНЕНИЕМ KOH и H₃PO₄ АКТИВАЦИИ

Аннотация

В статье исследовано влияние условий гидротермальной и микроволновой химической активации на пористую структуру углеродных материалов на основе отработанного кофейного жмыха (SCG) — многотоннажного отхода кофеперерабатывающей промышленности. Использование данного сырья обусловлено его богатым лигноцеллюлозным составом, высоким содержанием органического углерода и широкой доступностью, что делает его перспективным прекурсором для синтеза пористых сорбционных материалов в рамках концепции замкнутого цикла.

На первом этапе методом гидротермальной карбонизации в микрореакторе высокого давления определён оптимальный режим безреагентной активации с учётом температуры обработки (180–220 °C) и времени выдержки (2–6 ч). Наибольшую удельную площадь поверхности продемонстрировал образец НТК220/6 (5,9 м²/г), отобранный для последующей химической модификации. На втором этапе проведено сравнительное исследование модифицирующей способности KOH и H₃PO₄ в условиях микроволновой активации в диапазоне температур 80–160 °C. Установлено, что микроволновая активация с KOH малоэффективна вследствие доминирования процессов низкотемпературного смолообразования (максимальная удельная поверхность 7,05 м²/г). Напротив, микроволновая активация с H₃PO₄ продемонстрировала кратное преимущество: при температуре 120 °C достигнута удельная площадь поверхности 24,78 м²/г. Данный эффект обусловлен оптимальным балансом между кислотным гидролизом сырья и фиксацией углеродного каркаса фосфатными мостиками. Морфология поверхности и элементный состав образцов охарактеризованы методами SEM-EDS, FTIR и BET. В итоге установлено, что сочетание микроволнового нагрева и направленного кислотного модифицирования позволяет кратно интенсифицировать развитие пористости, делая данный метод наиболее перспективным технологическим решением для получения эффективных сорбционных материалов из отходов переработки кофе.