Композитные материалы "соль в пористой матрице" : дизайн адсорбентов с заданными свойствами

• Автор: Гордеева, Лариса Геннадьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 347 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Адсорбционные технологии
1.1.1. Области использования адсорбентов Разделение компонентов газовых и жидкостных смесей. Адсорбционные теплотрансформаторы Поддержание относительной влажности Увеличение конверсии обратимых химических реакций
1.1.2. Основные подходы к формулированию требований практических приложений к свойствам ОА
Потенциальная теория Поляни Правило Трутона Адсорбционное разделение Адсорбционные теплотрансформаторы
1.2. Адсорбенты и методы регулирования их сорбционных свойств
1.2.1. Активированные угли Структура АУ Получение АУ Углеродные наноматериалы Адсорбционные свойства АУ
1.2.2. Цеолиты Структура цеолитов Сорбционные свойства цеолитов
1.2.3. Силикагель Структура силикагеля
Синтез и методы управления пористой структурой Кремниевые аэрогели
Адсорбция воды и других полярных газов на силикагеле
1.2.4. Оксид алюминия Структура оксида алюминия Получение оксида алюминия Сорбционные свойства оксида алюминия
1.2.5. Упорядоченные мезопористые мезофазные материалы
Структура мезопористых мезофазных материалов

Синтез мезопористых мезофазных материалов
Сорбционные свойства мезопористых мезофазных материалов
1.2.6. Кристаллические пористые алюминофосфаты
Структура пористых алюминофосфатов
Синтез А1РО
Сорбционные свойства ALPO
1.2.7. Металлорганические координационные полимеры
Структура МОР
Синтез MOF
Адсорбционные свойства MOF
1.2.8. Модифицирование поверхности пористых адсорбентов. Композитные и гибридные адсорбенты
1.3. Композитные адсорбенты «соль в порах матрицы»
1.3.1. Методы синтеза КСПМ
Пропитка
Золь-гель метод
Механическое смешение
1.3.2. Свойства КСПМ
Сорбционное равновесие
Динамика сорбции
1.3.3. Практические приложения КСПМ
Осушка газов и жидкостей.
Адсорбционные теплотрансформаторы.
Осушительные холодильники (desiccant cooling)
Аккумулирование низкопотенциального тепла.
Регенерация теплоты и влаги в системе вентиляции.
Активная тепловая защита.
Получение питьевой воды из атмосферного воздуха.
Заключение к Главе 1
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Синтез адсорбентов
2.1.1. Пропитка
2.1.2. Золь-гель метод
2.1.3. Смешение смеси компонентов с мехактивацией
2.2. Методы исследования КСПМ

2.2.1. Ионообменное равновесие в процессе пропитки
2.2.2. Теплота смачивания
2.2.3. Химический состав композитов
2.2.4. Фазовый состав
2.2.5. Сорбционное равновесие
Термогравиметрический метод
Изостерический метод
Двухточечный экспресс-метод
2.2.6. Динамика сорбции
2.2.7. Тестирование КСПМ в лабораторном прототипе адсорбционного холодильника
Глава 3. Термодинамические требования к адсорбентам для различных
приложений
3.1. Адсорбционные тсплотрансформаторы
3.1.1. Адсорбенты спиртов для кондиционирования воздуха
3.1.2. Адсорбенты аммиака для получения льда
3.2. Поддержание относительной влажности
3.3. Увеличение конверсии реагентов в синтезе метанола
3.4. Удаление метанола из газовых смесей
3.5. Вакуумно-адсорбционная сушка
3.6. Извлечение питьевой воды из атмосферы
Заключение к главе 3
Глава 4. Факторы, влияющие на свойства КСПМ
4.1. Химическая природа соли и матрицы
4.2. Изменение свойств соли при диспергировании в порах матрицы
4.3. Пористая структура матрицы
4.4. Концентрация й pH пропиточного раствора
4.4.1. Адсорбция катионов металла на поверхности матрицы
4.4.2. Теплота смачивания
4.4.3. Химический состав
4.4.4. Фазовый состав
4.5. Температура сушки композита
4.6. Особенности композитов, приготовленных другими методами
4.6.1. Золь-гель метод
4.6.2. Механическая активация

карбонизации предшественника АУ происходит удаление летучих компонентов. В ходе последующей химической (окисление в атмосфере Н20 или С02, с применением активаторов /,пС12, Н3РО4, Н^04, КОН), или физической активации происходит частичное удаление углерода и формирование пористой структуры. Структура предшественника, условия активации определяют степень обгара и пористую структуру АУ. АУ с небольшой степенью обгара (< 50%) обладают развитой структурой микропор. Увеличение степени обгара (> 75 %) приводит к образованию мезо- и макропор. Выбор подходящего предшественника, способа активации и тщательный контроль условий получения позволяют конструировать АУ с желаемой пористой структурой. В настоящее время получают АУ с эффективной площадью поверхности, рассчитанной по БЭТ, Л’Уд = 300 - 4000 м2тЛ порами различной формы и размерами от 0.35 до тысяч нм и суммарным объемом пор от 0.34 до 1.8 см3-г''. Большинство традиционных коммерчески доступных АУ характеризуются полимодальным распределением пор по размерам [ 162, 163].
Углеродные наноматериалы
В целях увеличения селективности АУ в процессах адсорбции усилия синтетиков направлены на синтез материалов с узким распределением пор по размерам. Углеродные волокна, синтезируемые карбонизацией синтетических волокон, характеризуются большой удельной поверхностью и унифицированными по размеру микропорами [163, 167].
Методом карбонизации органических аэрогелей были получены углеродные аэрогели, характеризующиеся развитой мезопористой структурой. Активация аэрогелей в атмосфере С02 при высокой температуре позволяет получить наряду с мезопорами сеть микропор. Такие материалы характеризуются бимодальным, причем довольно узким распределением пор по размерам [168].
В последнее время широко исследуются углеродные наноматериалы, такие как фуллерены [169], нанотрубки [18], нанорога [19]. Основными способами получения нанотрубок являются каталитическое разложение углеводородов и удаление части углерода из графита путем абляции (лазерного облучения) или дугового разряда. На структуру трубок, получаемых разложением углеводородов, оказывают влияние ряд факторов: температура, природа углеводорода, катализатора и носителя, размер зерен