Сорбционные и структурные характеристики углеродных адсорбентов

• Автор: Ладычук, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 129 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Структура и физико-химические свойства различных углеродных адсорбентов
1.1.1 .Сорбционные, ионообменные и каталитические свойства окисленных углей
1.1.2 .Структура и свойства активных углей, полученных из металлоподобных карбидов
1.1.3. Структура и свойства активных углей, полученных из солеобразных
карбидов
1.1.4. Структура и свойства пористых углеродных материалов из технического углерода
1.1.5. Углеродные микропористые адсорбенты
1.1.6. Непористые углеродные адсорбенты
1.1.7. Активные угли с однородно-пористой структурой
1.2. Адсорбционные процессы на различных углеродных адсорбентах.
1.2.1. Адсорбция неорганических веществ на углеродных адсорбентах
1.2.2. Адсорбция органических веществ на углеродных адсорбентах
1.2.3. Адсорбция неорганических и органических веществ на окисленных углеродных адсорбентах
1.2.4. Адсорбция неорганических и органических веществ углеродными адсорбентами из растворов
1.2.5. Структура углеродных адсорбентов и состояние адсорбата
1.3. Основы импульсного метода ЯМР и его применимость к анализу системы углеродный адсорбент-вода
1.4. Выводы из обзора литературы и постановка задач экспериментальной части работы

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Характеристика объектов исследования
2.2 Методики подготовки образцов
2.3. Аппаратурный комплекс ЯМР
2.3.1. Характеристики импульсных релаксометров ЯМР
2.3.2. Методики измерения времён ядерной магнитной релаксации
2.4. Погрешности измерений
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Определение и оценка количества активных центров в углеродных адсорбентах
3.2. Исследование влияния температуры на состояние активной поверхности углеродных адсорбентов
3.3. Установление взаимосвязи между структурными характеристиками углеродных адсорбентов и параметрами ядерной магнитной релаксации
3.4. Термодинамика связанной воды в углеродных адсорбентах
3.5. Исследование структуры и сорбционных свойств углеродных адсорбентов, подвергнутых химическому и термическому воздействиям 106 ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Углеродные адсорбенты (УА) представляют собой молекулярные сита, обладающие способностью к сорбции и разделению различных индивидуальных химических веществ и их смесей. Благодаря этим свойствам углеродные адсорбенты находят применение в различных химических и технологических процессах (синтезы химических продуктов), медицине (очистка биологических объектов) и других отраслях, а также используются при решении экологических проблем (очистка воды, воздуха и т.д.). Вместе с тем, широкому внедрению в практику мешает отсутствие исчерпывающей информации о структуре и сорбционных свойствах УА. Обзор литературы показывает, что этой проблеме посвящено значительное количество работ с привлечением разнообразных исследовательских методов, имеющих существенное ограничения в своих возможностях. При использовании химических и оптических методов происходит воздействие на образец, в результате которого необратимо изменяются его структура и свойства. Поэтому необходимы методы широкой информативности и экспрессное™, не приводящие к негативному воздействию на образец. Одним из таких методов является метод ядерного магнитного резонанса, в частности, в его импульсной модификации. В то же время, общеизвестно, что этот метод применяется для указанных целей ограниченно. В связи с этим, использование данного метода в работе делает ее актуальной и эффективной, поскольку с помощью метода ЯМР можно исследовать структуру адсорбента и адсорбата, а также определять их физико-химические характеристики.
Пели и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы являлось исследование структуры и сорбционных свойств углеродных адсорбентов на основе параметров ядерной магнитной релаксации.

концентрациях, близких к растворимости адсорбата. Значение молекулярной посадочной площадки, соответствующее предельной адсорбции 2,4-С6Н3Вг2ОН (0,410 нм2) намного меньше таковой для плоско ориентированной молекулы (0,627 нм2) и незначительно отличается от посадочной площадки молекулы, находящейся в монослое с нормальной ориентацией плоскости бензольных колец относительно поверхности адсорбента. Такое изменение структуры адсорбционного слоя может быть связано с наличием в молекуле 2,4-С6Н3Вг2ОН двух; сильно поляризующихся атомов Вг, находящихся в метаположении относительно друг друга. Поэтому при плотной упаковке слоя энергетически более выгодна та переориентация молекул адсорбата, при которой максимальное число сильнополяризующихся элементов (за счёт увеличения числа адсорбированных молекул), находится в контакте с поверхностью углеродного материала.
Графит адсорбирует нитропроизводные бензола из фосфатного буферного раствора (У а! 12РО 4-ЧМ а2НР04, рН=6,4) при 1=20-50°С.
Установлено [69], что с повышением температуры адсорбция уменьшается во всей области равновесных концентраций. Зависимость теплоты адсорбции от степени заполнения определяется структурными особенностями молекул и характером поверхности, имеющей в фосфатном буфере отрицательный заряд. Молекулы С6Н5ТТО2, п-У02С6Н4СН0, не имеющие ионогенных групп, а также молекулы п-У02С6Н4УН2 находятся в растворе в недиссоциированном виде и адсорбируются с максимальной теплотой адсорбции. Молекулы о-У02С6Н4СООН , диссоциированные при рН=6,4 полностью, адсорбируются преимущественно в виде анионов, образуя у поверхности „размытые” адсорбционные слои. Наряду с базисными гранями, заполняются менее гидрофобные участки (призматические грани кристаллитов), о чём говорит уменьшение теплоты адсорбции с увеличением степени заполнения.