Синтез углеродных адсорбентов методом термохимической активации гидролизного лигнина с использованием гидроксида натрия

• Автор: Белецкая, Марина Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Назначение и направления практического использования активных углей

1.1.1 Практическое применение активных углей для адсорбции из жидкой фазы

1.1.1.1 Использование активного угля для очистки воды

1.1.1.2 Использование активированного угля для производства конденсаторов

1.1.2 Использование активных углей в газообразных среда

1.1.2.1 Рекуперанионные АУ

1.1.2.2 Использование активных углей для очистки воздуха

1.2 Основные сырьевые источники получения активных углей
1.2.1 Синтез углеродных адсорбентов из нетрадиционного сырья
1.2.2 Синтез углеродных адсорбентов из отходов растительного происхождения
1.2.3 Синтез адсорбентов из технических лигнинов
1.3 Методы парогазовой активации в синтезе активных углей
1.4 Методы химической активации в синтезе активных углей
1.4.1 Применение ТхС2 для химической активации
1.4.2 Применение карбонатов щелочных металлов для химической активации
1.4.3 Применение КОН и 1МаОН для химической активации
1.5 Методы исследования пористой структуры активных углей
1.5.1 Изотерма БЭТ
1.5.2 Теория объемного заполнения микропор (ТОЗМ)
1.5.3 Другие методы исследования пористой структуры АУ
1.6 Требования, предъявляемые к АУ для суперконденсаторов и других 53 электротехнических устройств
1.7 Выводы по аналитическому обзору
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Характеристика объекта исследования
2.2 Подготовка образцов
2.3 Получение активных углей
2.4 Методика выщелачивания угольных остатков пиролиза
2.5Методика определения выхода АУ
2.6 Методы анализа активных углей
2.6.1 Определение насыпной плотности

2.6.2 Определение содержания золы
2.6.3 Определение содержания воды в угле
2.6.4 Определение адсорбционной активности по йоду
2.6.5 Определение площади удельной поверхности по йоду
2.6.6 Определение осветляющей способности по метиленовому голубому
2.6.7 Определение адсорбционных свойств по гсксану
2.6.8 Определение адсорбционных свойств по бензолу
2.6.9 Определение адсорбционных свойств по методу низкотемпературной адсорбции азота
2.7 Методики обработки изотерм адсорбции
2.7.1 Обработка изотерм адсорбции азота
2.7.1.1 Анализ изотерм адсорбции по уравнению Брунауэра - Эмметта - Теллера
2.7.1.2 Анализ изотерм адсорбции по уравнению Дубинина-Радушкевича
2.7.1.3 Анализ изотерм адсорбции по уравнению Дубинина-Астахова
2.7.1.4 Анализ изотерм адсорбции по 1-методу
2.7.1.5 Метод анализа изотерм НогуаШ-Кашагое
2.7.2 Анализ изотерм адсорбции из растворов по уравнению Лэнгмюра
2.7.3 Анализ изотерм адсорбции из растворов по уравнению Фрейндлиха
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Термохимическая активация исходного гидролизного лигнина
3.1.1 Термохимическая активация лигнина вибропомола
3.1.2 Термохимическая активация лигнина нефракционированного
3.2 Термохимическая активация предварительно термообработанного лигнина
3.2.1 Влияние температуры предварительной термообработки ГЛ и расхода 1ЧаОН на выход и свойства АУ
3.2.2 Влияние температуры термохимической активации на выход и свойства

3.2.3 Влияние условий синтеза на формирование пористой структуры АУ
3.3 Исследование термохимической активации с использованием методов планированного эксперимента.
3.3.1 Исследование в области низких дозировок N801-1
3.3.1.1 Влияние режимных параметров на выход и адсорбционные свойства АУ
3.3.2 Исследование в области высоких дозировок N8014
3.3.2.1 Влияние режимных параметров на выход и адсорбционные свойства АУ
3.3.2.2 Изотермы адсорбции МГ и их анализ по уравнениям Фрейндлиха и Лэнгмюра

3.3.2.3 Изотермы адсорбции йода и их анализ по уравнениям Фрейндлиха и Лэнгмюра
3.3.3 Сравнительный анализ результатов планированного эксперимента 100 3.4. Анализ пористой структуры АУ по данным низкотемпературной адсорбции
азота
3.5 Исследование потребительских свойств АУ
3.5.1 Испытание по использованию в суперконденсаторах
3.5.2 Испытание ПАУ «Карболин» в ВНИИ крахмалопродуктов
3.5.3 Испытание ПАУ «Карболин» в производстве водки I
3.6 Выводы по экспериментальной части
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Технология синтеза активного угля методом термохимической активации в
присутствии №ОН
ВЫВОДЫ .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

несмотря на большое количество использованных с эгой целью неорганических веществ, такие процессы до последнего времени были изучены недостаточно. Одной из первых работ в этой области в нашей стране является обзор Т.Г. Плаченова [104].
Хлорцинковая активация основывается на пропитке некарбонизованного материала раствором хлорида цинка при нагревании до 90-100 °С. Способность ХпС12 к активации углеродсодержащего сырья основывается на его способности к обезвоживанию. В процессе активации, 2пС12 удаляет атомы водорода и кислорода из воды в составе углеродных материалов, а не кислород органических соединений, что приводит к образованию пор, а также к повышению содержания углерода [105].
Множество исследований было проведено зарубежными учеными. Пример использования ХпС12 для активации был описан в работе Катурла и соавт.[106], который синтезировал гранулированный активированный уголь с размером частиц около 2 мм химической активацией косточек персика с ZnC2. Степень активации оценивали по количеству Ъп (Х^„), импрегнируемого в сырье, которое изменялось в пределах от 0,20 до 1.2 г 2п/г сырья. Термическая обработка была проведена в токе азота при температуре 500 ° С. Сочетание химической активации хлоридом цинка с физической активацией диоксидом углерода позволило получить углеродные адсорбенты с
удельная площадью поверхности 3000 м2/г при степень обгара 60 - 70%. После пропитки с гпСЬ происходит деструкция целлюлозный компонента, что следует из реакции дегидратации во время стадии карбонизации. В результате карбонизации, последующего обугливания, следует ароматизация углеродного скелета, а также происходит развитие пористости.
Были проведены исследования карбонизации сырья хлоридом цинка в интервале температур 500 - 800 °С. Как и ожидалось, в результате карбонизации наблюдалась незначительная убыль массы, уменьшение размера частиц, снижение пористости с ростом температуры процесса, что наиболее выражено при низких значениях соотношения раствора активирующего агента к сырью.[106]
Лопес-Гонсалес и соавт. [107] синтезировали активированный уголь из оливковых косточек с использованием ХпСЬ, и сравнили его с углем, полученным физической активацией с С02. По сравнению с С02, хлорид цинка проявил себя лучше с точки зрения значения площади поверхности (2084 м2/г), общего объема пор (0,5 см3/г) и адсорбции метиленового голубого. Таким образом синтезировали активированный углеродный материал с лучшей структурными и адсорбционными характеристиками по сравнению с активными углями, полученными активацией с диоксидом азота. Иными словами, 2пС12, или любой химический активатор в целом, выступает в качестве шаблона для формирования пористой структуры и дополнение к химически реагирующим с углеродом веществам [108]. Когда соотношение активирующего агента