ВВЕДЕНИЕ АЗОТА В СТРУКТУРУ ОКИСЛЕННОГО УГЛЯ ПУТЕМ РЕАКЦИИ С КАРБАМИДОМ
 Жандосов Ж.М., Оразбеков А.Т., Уразаева Д.М., Байменов А.Ж., Мансуров З.А.
Казахский Национальный Университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71,
 Институт Проблем Горения, ул. Богенбай батыра,172, jandosovj@gmail.com

  В данной работе проведена модификация поверхности углеродных материалов на основе растительного сырья азотсодержащими группами путем их окисления азотной кислотой, с последующей реакцией с карбамидом. Установлено, что содержание ковалентно связанного азота в полученных образцах  составляет до 4%.

Широкое применение углеродных материалов  (УМ) обусловлено многообразием структур с кардинально различающимися физико-химическими свойствами, которые получаются из углеродсодержащих прекурсоров посредством определенных физико-химических воздействий. В качестве прекурсоров могут выступать различные органические материалы, в том числе растительная биомасса: рисовая шелуха (РШ), абрикосовые косточки (АК), скорлупа грецких орехов (ГО) и.т.д. Введение в матрицу УМ гетероатомов азота делает их более активными в каталитических процессах электронного переноса: восстановления молекулярного кислорода и электроположительных металлов, окисления летучих гидридов и органических веществ и т.д. Поэтому одной из важных научных и практических задач является получение УМ, содержащих гетероатомы азота в различных химических состояниях. Для этого, в качестве модификаторов широко применяются разнообразные азотсодержащие соединения (аммиак, мочевина, меламин и др.) /1 /. 
УМ были получены из растительного сырья путем активации 70% фосфорной кислотой при массовом отношении сырье/H3PO4 – 2:1 (в пересчете на исходные вещества), при 500 оС: АК-Р-500, КГО-Р-500 и КРШ-Р-500 из АК, ГО и РШ соответственно /2/. С целью формирования кислородсодержащих групп на поверхности полученных материалов, была проведена окислительная обработка с использованием концентрированной азотной кислоты. Образцы поместили в стаканы из термостойкого  стекла, залили двукратным объемом 63% HNO3 и нагревали в течение 5 мин (наблюдалось интенсивное выделение бурового газа). Окисленные образцы многократно отмывали от избытка кислоты путем чередующихся  процедур: кипячения, седиментация, декантация. Полученные образцы пропитывали горячим насыщенным раствором карбамида в спирте в фарфоровых чашках и упаривали досуха на плитке с закрытой спиралью (массовое соотношения УМ / карбамид- 3:2) /3/. Смеси поместили в лодочки, в проточный кварцевый реактор, расположенный в горизонтальной электропечи, нагревали со скоростью 10-12°С /мин, аргон подавали через капилляр со скоростью 5л/ч, пиролиз проводили в течение 45 мин при температуре  950 °С. Чтобы удостовериться в том, что азот химически связан с углеродной матрицей, некоторое количество полученных образцов кипятили в течение 5 мин в конц. НСl и отмыли водой.
Для установления полуколичественного содержания азота в испытуемых образцах, полученные материалы были исследованы методом энергодисперсионного рентгеновского микроанализа (EDX) на сканирующем электронном микроскопе «SEM Zeiss EVO LS 15», оснащенным приставкой «Oxford Instruments EDS system» с использованием детектора «80mm X-Max SDD» и программы «Aztec software plus». Согласно результатам EDX-анализа модифицированных образцов КРШ-Р-500, содержание азота составило ~4% (рисунок 1 а,б). 
 
а
б
Рисунок 1 - Энергодисперсионный рентгеновский микроанализ образцов КРШ-Р-500:
(а) после реакции с карбамидом; (б) после обработки р-ром HCl

Содержание азота в исходных и модифицированных углеродных материалах КРШ-Р-500,  КГО-Р-500, КАК‑Р‑500 согласно результатам EDX-анализа приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Содержание азота в углеродных материалах

Название образца	N, % (в исходном)	N, % (после реакции с карбамидом) 	N, % (после обработки р-ром HCl)	
КРШ-Р-500	0,8	3,9	3,7	
КГО-Р-500	0,3	3,6	3,5	
КАК-Р-500	0,2	3,0	2,8	

Содержание азота после кислотной обработки осталось на прежнем уровне (рисунок 1 б, таблица 1), что свидетельствует об образовании прочных ковалентных связей азота с углеродом в составе азотсодержащих функциональных групп на поверхности УМ, либо внедренного в углеродную матрицу, так как в противном случае происходил бы гидролиз. Введение атомов азота в структуру углеродных наноматериалов позволяет регулировать их электрофизические, адсорбционные и каталитические  свойства. Полученные азотсодержащие углеродные материалы могут найти применение в качестве электродного материала для суперконденсаторов, селективных адсорбентов, носителей катализаторов. 

Литература
1. Ю. А. Тарасенко, С. В. Журавский, И. Н. Духно, Н. Т. Картель, В. Д. Хаврюченко. Моделирование взаимодействия меламина с поверхностью активных углей // Вісник Харківського національного університету. –  2010. – № 932. – Хімія. Вип. 19(42) 
2. Jandosov, J.M., N.V. Shikina, M.A. Bijsenbayev, M.E. Shamalov, Z.R. Ismagilov, Z.A. Mansurov. Evaluation of synthetic conditions for H3PO4 chemically activated rice husk and preparation of honeycomb monoliths // Eurasian Chemico-technological journal.– 2009.– Vol  11. – № 3. – P. 245-252. 
3. Denisa Hulicova-Jurcakova, Mykola Seredych, Gao Qing Lu, and Teresa J. Bandosz.// Combined Effect of Nitrogen- and Oxygen-Containing Functional Groups of Microporous Activated Carbon on its Electrochemical Performance in Supercapacitors //Advanced functional materials. – 2009. –Vol. 19. – P. 438–447

КАРБАМИДПЕН РЕАКЦИЯСЫ АРҚЫЛЫ ТОТЫҚҚАН КӨМІРДІҢ ҚҰРЫЛЫМЫНА АЗОТТЫ ЕНГІЗУ
Жандосов Ж.М., Оразбеков А.Т., Уразаева Д.М., Байменов А.Ж., Мансуров З.А.
Бұл жұмыста өсімдік шикізаты негізіндегі көміртекті материалдарды азот қышқылымен тоқтықтыру, карбамидпен әрекеттестіру арқылы бетін модификациялауы өткізілді. Үлгілердегі ковалентті байланысқан азот мөлшері 4%-ға дейін жетті.
INTRODUCTION OF NITROGEN INTO THE STRUCTURE
OF OXIDIZED CARBON BY REACTION WITH UREA
Жандосов Ж.М., Оразбеков А.Т., Уразаева Д.М., Байменов А.Ж., Мансуров З.А.
In this paper the surface modification of carbon materials based on vegetable biomass with nitrogen-containing groups was fulfilled via oxidation with nitric acid, followed by reaction with urea. It is established that the content of covalently bound nitrogen in samples obtained is up to 4%.