Abstract
Soot produced from the combustion of fossil fuels, widely distributed in the atmosphere, is significantly different from most carbons for which the surface structure and/or reactivity have been studied. The composition and surface structure of soot derived from the combustion of n-hexane have been examined by FT-IR, Raman, UC CP/MAS NMR, and EPR spectroscopies as well as through desorption measurements. Carbon-oxygen functionalities on the fresh carbon surface include acid anhydride, a carbonyl conjugated with an aromatic segment, an alkyl-ketone, and aryl ether linkages. Also present, confirmed by isotopic substitution, is a quantity of unsaturated C-H, dependent upon the combustion conditions. The degree of aromaticity and the graphitic nature of this soot have been determined.
Keywords
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Smith
D. M.
Griffin
J. J.
, and
Goldberg
E. D.
, Nature 241 , 268 (1973 ).
2.
Smith
D. M.
Griffin
J. J.
, and
Goldberg
E. D.
, Anal. Chem. 47 , 233 (1975 ).
3.
Griffin
J. J.
and
Goldberg
E. D.
, Science 206 , 563 (1979 ).
4.
Herring
J. R.
, Ph.D Thesis , University of California , San Diego (1977 ).
5.
Parking
D. W.
Phillips
D. R.
, and
Sullivan
R. A. L.
, J. Geophys. Res. 75 , 1782 (1970 ).
6.
Isono
K.
Komabayasi
M.
Takedo
T.
Tanaka
T.
Iwai
K.
, and
Fujiware
M.
, Tellus 23 , 40 (1971 ).
7.
Smith
R. A.
, Proc. Roy. Soc. (London) 12 , 426 (1963 ).
8.
Smith
R. N.
, Quart. Revs. (London) 13 , 287 (1959 ).
9.
Puri
B. R.
in Chemistry and Physics of Carbon ,
Walker
P. L.
Jr.
, Ed. (Marcel Dekker , New York , 1970 ), Vol. 5 , Ch. 3.
10.
Puri
B. R.
, Carbon 4 , 391 (1966 ).
11.
Barton
S. S.
Gillespie
D.
, and
Harrison
B. H.
, Nature 234 , 134 (1971 ).
12.
Barton
S. S.
Harrison
B. H.
, and
Dollimore
J.
, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 169 , 1039 (1973 ).
13.
Barton
S. S.
Harrison
B. H.
, and
Dollimore
J.
, J. Phys. Chem. 82 , 290 (1978 ).
14.
Tremblay
G.
Vastola
F. J.
, and
Walker
P. L.
Jr.
, Carbon 16 , 35 (1978 ).
15.
Brown
J. K.
, J. Chem. Soc. (London) 1 , 744 (1955 ).
16.
Friedel
R. A.
and
Quiser
J. A.
, Anal. Chem. 28 , 22 (1956 ).
17.
Garten
V. A.
Weiss
D. E.
, and
Willis
J. B.
, Aust. J. Chem. 10 , 295 (1957 ).
18.
Mattson
J. S.
and
Mark
H. B.
Jr.
, J. Colloid Interface Sci. 31 , 131 (1969 ).
19.
Friedel
R. A.
and
Hofer
L. J. E.
, J. Phys. Chem. 74 , 2921 (1970 ).
20.
Friedel
R. A.
and
Retcofsky
H. L.
, Spectrometry of Fuels (Plenum Press , New York , 1970 ), Ch. 5.
21.
Studebaker
M. L.
and
Rhinehart
R. W.
, Sr., Rubber Chem. Technol. 45 , 106 (1972 ).
22.
Papirer
E.
Guyon
E.
, and
Perol
N.
, Carbon 16 , 133 (1978 ).
23.
Zawadzki
J.
, Carbon 16 , 491 (1978 ).
24.
Ishizaki
C.
and
Marti
I.
, Carbon 19 , 409 (1981 ).
25.
Keifer
J. R.
Novicky
M.
Akhter
M. S.
Chughtai
A. R.
, and
Smith
D. M.
, SPIE 289 , 184 (1981 ).
26.
Keifer
W.
and
Bernstein
H. J.
, Appl. Spectrosc. 25 , 609 (1971 ).
27.
Cannon
C. G.
and
Sutherland
G. B. B. M.
, Trans. Faraday Soc. 41 , 279 (1945 ).
28.
Friedel
R. A.
and
Queiser
J. A.
, Fuel 38 , 369 (1959 ).
29.
Rao
H. S.
Gupta
P. L.
Kaier
F.
, and
Lahiri
A.
, Fuel 41 , 417 (1962 ).
30.
Czuchajowski
L.
and
Lawson
G. J.
, Fuel 42 , 131 (1963 ).
31.
Fujii
S.
, Fuel 42 , 17 (1963 ).
32.
Fujii
S.
, Fuel 42 , 341 (1963 ).
33.
Friedel
R. A.
and
Pelipetz
M. G.
, J. Opt. Soc. Amer. 43 , 1051 (1953 ).
34.
Gordon
R. R.
Adams
W. N.
, and
Jenkins
G. I.
, Nature 170 , 317 (1952 ).
35.
Cannon
C. G.
, Nature 171 , 308 (1953 ).
36.
Scott
G. P.
and
Tarbell
D. S.
, J. Amer. Chem. Soc. 72 , 240 (1950 ).
37.
Koch
H. P.
, J. Chem. Soc. 512 (1951 ).
38.
Van Vucht
H. A.
Rietveld
B. J.
, and
Van Krevelen
D. W.
, Fuel 35 , 50 (1955 ).
39.
Brooks
J. D.
Durie
R. A.
Lynch
B. M.
, and
Stepnhell
S.
, Aust. J. Chem. 13 , 179 (1960 ).
40.
Ceh
M.
and
Hadzi
D.
, Fuel 35 , 77 (1956 ).
41.
Brake
D. J.
and
Cole
E. R.
, J. Appl. Chem. 5 , 477 (1955 ).
42.
Van Vucht
H. A.
Rietveld
B. J.
, and
Van Krevelen
D. W.
, Fuel 32 , 50 (1955 ).
43.
Fujii
S.
and
Tsuboi
H.
, Fuel 46 , 361 (1967 ).
44.
Morterra
C.
and
Low
M. J. D.
, Spectrosc. Lett. 159 , 689 (1982 ).
45.
Ludlum
K. H.
and
Eischens
R. P.
, Div. Petroleum Chemistry , Am. Chem. Soc. , New York , 375 (1976 ).
46.
Friedel
R. A.
and
Carlson
L.
, J. Phys. Chem. 75 , 1149 (1971 ).
47.
Painter
P. C.
Snyder
R. W.
Starsinic
M.
Coleman
M. M.
Kuehn
D. W.
, and
Davis
A.
, Appl. Spectrosc. 35 , 475 (1981 ).
48.
Rassmusen
R. S.
Tunnicliff
D. D.
, and
Brattain
R. R.
, J. Amer. Chem. Soc. 71 , 1068 (1949 ).
49.
Friedel
R. A.
Durie
R. A.
, and
Schewchyk
Y.
, Carbon 5 , 2 (1967 ).
50.
Avgul
N. N.
and
Kiselev
A. V.
, Chemistry and Physics of Carbon (Marcel Dekker, Inc. , New York) , 1970 , Vol. 6 .
51.
Keifer
J. R.
, M.S. Thesis , University of Denver (1978 ).
52.
Josien
M. L.
and
Fuson
N.
, J. Amer. Chem. Soc. 73 , 478 (1971 ).
53.
Nyquist
R. A.
, Appl. Spectrosc. 36 , 533 (1982 ).
54.
Calderbank
A.
Johnson
A. W.
, and
Todd
A. R.
, J. Chem. Soc. (London) 1 , 1285 (1954 ).
55.
Fitzer
E.
Muller
K.
, and
Schueffer
W.
in Chemistry and Physics of Carbon ,
Walker
P. L.
Jr.
, Ed. (Marcel Dekker , Inc., New York , 1971 ), Vol. 7 , Ch. 5.
56.
Bellamy
L. J.
, The Infrared Spectra of Complex Molecules (Halsted Press , New York , 1975 ), Vol. 6 .
57.
Lebas
J. M.
Carrigon-Lagrange
C.
, and
Josien
M. L.
, Spectrochim. Acta 15 , 225 (1959 ).
58.
Colthup
N. B.
, J. Opt. Soc. Amer. 40 , 397 (1950 ).
59.
Hawkins
J. G.
Ward
E. R.
, and
Whiffen
D. H.
, Spectrochim. Acta 10 , 105 (1957 ).
60.
Werner
R. L.
Kennard
W.
, and
Rayson
D.
, Aust. J. Chem. 8 , 346 (1955 ).
61.
Wang
T. S.
and
Sanders
J. M.
, Spectrochim. Acta 15 , 1118 (1959 ).
62.
Cannon
C. G.
and
Sutherland
G. B. B. M.
, Spectrochim. Acta 4 , 373 (1951 ).
63.
Sheppard
N.
, Discuss. Faraday Soc. 9 , 322 (1950 ).
64.
Giguere
P. A.
, J. Chem. Phys. 18 , 88 (1950 ).
65.
Taylor
R. C.
, J. Chem. Phys. 18 , 898 (1950 ).
66.
Minkoff
G. J.
, Discuss. Faraday Soc. 9 , 320 (1950 ).
67.
Minkoff
G. J.
, Proc. Roy. Soc. 224A , 176 (1954 ).
68.
Shreve
O. D.
Heether
M. R.
Knight
H. B.
, and
Swern
D.
, Anal. Chem. 23 , 282 (1951 ).
69.
Williams
H. R.
and
Mosher
H. S.
, Anal. Chem. 27 , 517 (1955 ).
70.
Swern
D.
Witnauer
L. P.
Eddy
C. R.
, and
Parker
W. E.
, J. Am. Chem. Soc. 77 , 5537 (1955 ).
71.
Milos
N. A.
and
Mageli
O. L.
, J. Am. Chem. Soc. 75 , 5970 (1953 ).
72.
Nukada
K.
, Spectrochim. Acta 18 , 745 (1962 ).
73.
Tuinstra
F.
and
Koenig
J. L.
, J. Chem. Phys. 53 , 1126 (1970 ).
74.
Friedel
R. A.
and
Carlson
G. L.
, J. Phys. Chem. 75 , 1149 (1971 ).
75.
Tsu
R.
Gonzales
J. H.
, and
Luengo
I. C.
, C. A. S. State Commun. 24 , 809 (1977 ).
76.
Nakamizo
M.
Kammereck
R.
, and
Walker
P. L.
, Carbon 12 , 259 (1974 ).
77.
Zerda
T. W.
John
A.
, and
Chmura
K.
, Fuel 60 , 375 (1981 ).
78.
Colthup
N. B.
Daly
L. H.
, and
Wiberley
S. E.
, Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy (Academic Press , New York , 1975 ), Ch. 8.
79.
Levy
George C.
Lichter
Robert L.
, and
Nelson
Gordon L.
. Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (Wiley-Interscience , New York , 1980 ).
80.
Bartuska
V. J.
Maciel
G. E.
Schaefer
J.
, and
Stejskal
E. O.
, Fuel 56 , 354 (1977 ).
81.
Maciel
G. E.
Bartuska
V. J.
, and
Miknis
F. P.
, Fuel 58 , 391 (1979 ).
82.
Yannoni
C. S.
, Acc. Chem. Res. 15 , 201 (1982 ).
83.
Maciel
G. E.
Sullivan
M. J.
Petrakis
L.
, and
Grandy
D. W.
, Fuel 61 , 414 (1982 ).
84.
Miknis
F. P.
Bartuska
V. J.
, and
Maciel
G. E.
, Amer. Lab. , Nov, 19 (1979 ).
85.
Hasan
M. U.
Ali
M. F.
, and
Bukhari
A.
, Fuel 62 , 518 (1983 ).
86.
Cookson
D. J.
and
Smith
B. E.
, Fuel 62 , 34 (1983 ).
87.
Cookson
D. J.
and
Smith
B. E.
, Fuel 62 , 39 (1983 ).
88.
Cyr
N.
Gawlak
M.
Carson
D. W.
, and
Ignasiak
B. S.
, Fuel 62 , 413 (1983 ).
89.
Joseph
J. T.
and
Wang
J. L.
, Fuel 59 , 777 (1980 ).
90.
Cray
G. A.
, Anal. Chem. 47 , 546A (1975 ).
91.
Yoshida
T.
and
Maekawa
Y.
, Anal. Chem. 55 , 388 (1983 ).
92.
Uebersfeld
J.
Etienne
A.
, and
Conbrisson
J.
, Nature 174 , 614 (1954 ).
93.
Ingram
D. J. E.
Tapley
J. G.
Jackson
R.
Bond
R. L.
, and
Murnahgan
A. R.
, Nature 174 , 797 (1954 ).
94.
Winslow
F. H.
Baker
W. O.
, and
Yager
Y. A.
, J. Amer. Chem. Soc. 77 , 4751 (1955 ).
95.
Toyoda
S.
and
Honda
H.
, Carbon 3 , 527 (1966 ).
96.
Retcofsky
H. L.
Thompson
G. P.
Raymond
R.
, and
Friedel
R. A.
, Fuel 54 , 126 (1975 ).
97.
Petrakis
L.
and
Grandy
D. W.
, Anal. Chem. 50 , 303 (1978 ).
98.
Retcofsky
H. L.
Stark
J. M.
, and
Friedel
R. A.
, Anal. Chem. 40 , 1699 (1968 ).
99.
Petrakis
L.
and
Grandy
D. W.
, Nature 289 , 476 (1981 ).
100.
Smidt
J.
, Nature 181 , 176 (1958 ).
101.
Das
U.
Doetchman
D. C.
Jones
P. M.
, and
Lee
M.
, Fuel 62 , 285 (1983 ).
102.
Singer
L. S.
and
Lewis
I. C.
, Appl. Spectrosc. 36 , 52 (1982 ).
103.
Singer
L. S.
, Proceedings of Fifth Carbon Conference (Pergamon Press , Oxford , 1963 ), Vol. II , p. 37 .
104.
Lewis
I. C.
and
Singer
L. S.
in Chemistry and Physics of Carbon ,
Walker
P. L.
Jr.
, and
Thrower
P. A.
, Eds. (Marcel Dekker , New York , 1981 ), Vol. 17 .
105.
Yen
T. F.
Erdman
J. G.
, and
Saraceno
A. J.
, Anal. Chem. 34 , 694 (1962 ).
106.
Yen
T. F.
Erdman
J. G.
, and
Pollack
S. S.
, Anal. Chem. 33 , 1587 (1961 ).