Molecular Modeling of the Interaction of a Cluster of Chromium-Containing Polyacrylonitrile with Pollutant Gases

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The possibility of the adsorption of priority pollutant gases (nitrogen dioxide, methane, ammonia, sulfur oxide (II), hydrogen sulfide, ozone, carbon monoxide, carbon monoxide (II), chlorine) on the surface of chromium-containing pyrolyzed polyacrylonitrile (pPAN) is evaluated. A model of a cluster of chromium-containing pPAN (Cr-PAN) is constructed. The thermodynamic parameters of the following systems are determined by the method of molecular modeling and compared: Cr-pPAN cluster–gas molecule, Cr-pPAN cluster–oxygen molecule, Cr-pPAN cluster–water molecule, Cr-PAN cluster–oxygen molecule–gas molecule, and Cr–pPAN cluster–water molecule–gas molecule. The effect of a water molecule on the process of adsorption of pollutant gases on the surface of a Cr–PAN cluster and the absence of an effect of an oxygen molecule located in the immediate vicinity of the clusters are revealed. It is established that Cr-pPAN has the property of selective adsorption of the following gases: nitrogen dioxide, chlorine, and ammonia. Within the density functional theory (DFT), the force parameters of the Cr–pPAN structure are estimated and the increase in the contact surface zone upon the introduction of a Cr2O3 molecule is confirmed.

About the authors

M. M. Avilova

Don State Technical University

Email: olvp2808@rambler.ru
Rostov-on-Don, Russia

N. V. Zolotareva

Astrakhan State University

Email: olvp2808@rambler.ru
Astrakhan, Russia

O. V. Popova

Don State Technical University

Author for correspondence.
Email: olvp2808@rambler.ru
Rostov-on-Don, Russia

References

  1. Ke F., Zhang Q., Ji L. et al. // Compos. Commun. 2021. V. 27. 100817; https://doi.org/10.1016/j.coco.2021.100817
  2. Герасимов Г.Н., Громов В.Ф., Иким М.И., Трахтенберг Л.И. // Хим. физика. 2021. V. 40. № 11. P. 65; https://doi.org/10.31857/S0207401X21110030
  3. Боднева В.Л., Кожушнер М.А., Посвянский В.С., Трахтенберг Л.И. // Хим. физика. 2019. V. 38. № 1. P. 75; https://doi.org/10.1134/S0207401X19010060
  4. Wang W., Zheng Y., Jin X. et al. // Nano Energy. 2019. V. 56. P. 588; https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.11.082
  5. Efimov M.N., Sosenkin V.E., Volfkovich Yu.M. et al. // Electrochem. Commun. 2018. V. 96. P. 98; https://doi.org/10.1016/j.elecom.2018.10.016
  6. Imanian Z., Hormozi F., Torab-Mostaedi M., Asadollahzadeh M. // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 289. 120749; https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120749
  7. Kozlov V.V., Karpacheva G.P., Petrov V.S., Lazovskaya E.V. // Polym. Sci., Ser. A. 2001. V. 43. P. 20.
  8. Laffont L., Monthioux M., Serin V. et al. // Carbon. 2004. V. 42. P. 2485; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.04.043
  9. Yoshida H., Sato N. // Rus. J. Phys. Chem. A. 2006. V. 110. P. 4232; https://doi.org/10.1021/jp0546397
  10. Kozlov V.V., Kozhitov L.V., Kostishyn V.G. et al. // IOP Conf. Ser: Mater. Sci. Eng. 2009. V. 5. 012021; https://doi.org/10.1088/1757-899X/5/1/012021
  11. Merdrignac-Conanec O., Bernicot Y., Guyader J. // Sens. Actuators, B. 2000. V. 63. P. 86; https://doi.org/10.1016/S0925-4005(00)00302-6
  12. Ghorpade R.V., Cho D.W., Hong S.C. // Carbon. 2017. V. 121. P. 502; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.015
  13. Kim Ye-Na, Park Eun-Young, Lee Deuk Yong // J. Korean Ceram. Soc. 2007. V. 44. P. 194; https://doi.org/10.4191/kcers.2007.44.4.194
  14. Ерёмин В.С., Бронштейн Л.М., Дьячкова В.П. и др. // Высокомолекуляр. соединения. А. 1993. Т. 35. № 4. С. 450.
  15. Солодовников С.П., Бронштейн Л.М., Логинова Т.П. и др. // Высокомолекуляр. соединения. Б. 1993. Т. 35. № 1. С. 26.
  16. Авилова М.М., Марьева Е.А., Попова О.В., Финоченко Т.А. // ЖФХ. 2020. Т. 94. № 6. С. 898; https://doi.org/10.31857/S0044453720060047
  17. Авилова М.М., Марьева Е.А., Попова О.В., Иванова Т.Г. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2020. Т. 63. № 4. С. 49; https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206304.6008
  18. Авилова М.М., Петров В.В. // Хим. физика. 2018. Т. 37. № 4. С. 69; https://doi.org/10.7868/S0207401X18040088
  19. Авилова М.М., Петров В.В. // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 7. С. 90; https://doi.org/10.7868/S0207401X17070020
  20. Avilova M.M., Petrov V.V. // Chemosensors. 2018. V. 6. № 3. P. 39; https://doi.org/10.3390/chemosensors6030039
  21. Gupta A.K., Paliwal D.K., Bajaj P. // J. Appl. Polym. Sci. 1995. V. 58. № 7. P. 1161; https://doi.org/10.1002/app.1995.070580710
  22. Surianarayanan M., Vijayaraghavan R., Raghavan K.V. // J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1998. V. 36. № 14. P. 2503; https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0518(199810)36: 14<2503::AID-POLA9>3.0.CO;2-T
  23. Allinger N.L. // J. Amer. Chem. Soc. 1977. V. 99. № 2). P. 8127; https://doi.org/10.1021/ja00467a001
  24. Stewart J.J.P. // J. Mol. Modeling. 2013. V. 19. № 1. P. 1; https://doi.org/10.1007/s00894-012-1667-x
  25. Klamt A., Schuurmann G. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. 1993. № 5. P. 799; https://doi.org/10.1039/P29930000799
  26. Pritchard B.P., Altarawy D., Didier B. et al. // J. Chem. Inf. Model. 2019. V. 59. № 11. P. 4814; https://doi.org/10.1021/acs.jcim.9b00725
  27. Anandan K., Rajendran V. // Mater. Lett. 2015. V. 146. P. 99; https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.02.014
  28. Baker J. // J. Comp. Chem. 1986. V. 7. № 4. P. 385; https://doi.org/10.1002/jcc.540070402
  29. Пономарев Д.А. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, 2018.
  30. MOPAC2016 / James J.P. Stewart, Stewart Computational Chemistry/ Colorado Springs, CO, USA, 2016; http://openmopac.net/
  31. Ito S., Fedorov D.G., Okamoto Y., Irle S. // Comput. Phys. Commun. 2018. V. 228. P. 152; https://doi.org/10.1016/j.cpc.2018.01.014
  32. Abdullah M.M., Rajab F.M., Al-Abbas S.M. // AIP Advances. 2014. V. 4. 027121; https://doi.org/10.1063/1.4867012
  33. Skjelbred K.M., Astrand Per-Olof et al. // AIP Conference Proceedings. 2015. V. 1702. 090061; https://doi.org/10.1063/1.4938869

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (244KB)
Indexing metadata
3.

Download (632KB)
Indexing metadata
4.

Download (109KB)
Indexing metadata
5.

Download (77KB)
Indexing metadata
6.

Download (88KB)
Indexing metadata
7.

Download (113KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 М.М. Авилова, Н.В. Золотарёва, О.В. Попова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».