Коллоидно-электрохимические свойства углеродных материалов и их регулирование в гетерогенных системах

• Автор: Лопанов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 318 с. : ил.

Введение

Глава 1. Молекулярный состав, строение и физикохимические свойства

1.1. Разнообразие форм и строение углеродистых веществ. Значение и роль

углерода в природе

1.2. Модель строения атома углерода расчт основных состояний

с учтом корреляции фазовых траекторий электронов.

1.3. Строение ископаемых углей.

1.4. Фуллереновые формы углерода

1.5. Генетический ряд углерода и некоторые особенности

классификации углей.

Глава 2. Электрокинетические и электрохимические свойства углей.

2.1. Двойной электрический слой .
2.2. Расчеты электрокипетического потенциала
2.3. Электрокинетические явления в угольных дисперсных системах.
2.4. Количественная и качественная интерпретация электрокинетических
явлений в связи с исследованиями гидратированности поверхностей
твердых тел.
2.5. Электрохимические свойства углей.
2.6. Основы теории адсорбции органических веществ на электродах
Глава 3. Электродные потенциалы ископаемых углей в растворах
электролитов
3.1. Краткая характеристика объектов исследования и методика
измерения потенциалов
3.2. Кинетика изменений электродных потенциалов ископаемых
в растворах электролитов.
3.3. Статистическая обработка результатов измерений
3.4. Стационарные потенциалы углей в растворах электролитов
3.5. Свойства композиционных угольных электродов с неорганическими и
органическими наполнителями
Глава 4. Электродные потенциалы графитов и антрацитов в водных растворах
органических веществ. Адсорбционная способность углей.
4.1. Кинетические закономерности изменения потенциалов в
водных растворах органических веществ
4. 2. Влияние растворов органических веществ на стационарные
потенциалы антрацитов.
4.3. Изучение адсорбционной способности ископаемых углей и распределение
заряда в приэлектродной области.
Глава 5. Исследование емкости двойного электрического слоя границы раздела
антрацит водные растворы электролитов и органических веществ.
5.1. Теория потенциодинамического метода
5.2. Методика исследования и емкость двойного электрического слоя на
электродах антрацитов в растворах электролитов
5.3. Емкость двойного электрического слоя в растворах
органических веществ
5.4. Исследование ориентированной адсорбции на поверхности
антрацитов
5.5. Особенности строения двойного электрического слоя антрацитов.
5.6. Поляризация антрацитовых электродов в водных
и нсводных растворителях.
Глава 6. Лиофильность и электрохимические свойства углей
6.1. Модельные методы в исследовании процессов смачивания.
6.2. Электродные потенциалы антрацитов в
окислительновосстановительных средах.
6.3. Взаимосвязь электродных потенциалов с флотируемостью углей.
Флотация антрацитов в окислительновосстановительных средах.
6.4.Феноменологическая модель процесса смачивания антрацитов и графитов растворами электролитов и ПАВ
Глава 7. Электрокинетические и адсорбционные свойства углей
различной стадии метаморфизма в растворах электролитов
7.1. Актуальность работ по исследованию электрокинетических явлений на
7.2. Методика измерения потенциалов течения и расчетов
электрокинетического потенциала на угольных диафрагмах
7.3. Обсуждение результатов исследования
7.4. Изотермы адсорбции налифатических спиртов на антрацитах.
7.5. Влияние неоднородностей ДЭС антрацитов на константу
адсорбционного равновесия
Глава 8. Основные направления регулирования коллоидноэлектрохимических свойств поверхности различными методами с целью оптимизации систем и
технологических процессов.
8.1. Основные способы регулирования коллоидноэлектрохимических свойств
угольных гетерогенных систем
8.2. Использование углей в качестве стабилизаторов термических процсссов
8.3. Использование углей в электрохимических методах анализа
8.4. Очистка сточных вод от углей методом электрокоагуляции.
8.5. Регенерация активированных углей в окислительновосстановительных средах
Общие выводы
Список литературы


Различие между нерелятивистским расчтом, выполненным с помощью волнового уравнения, равно 0, эВ. В структуру угольного вещества могут входить атомы азота, кислорода, серы и других с большей атомной массой и зарядом ядра. Ы6, , Б с электронной конфигурацией 1б соответственно составляет 0,9, 0,, ,4 эВ. Таким образом, корреляционное волновое уравнение существенно упрощает расчты многоэлектронных систем и позволит исследовать структуру угля путм нахождения корреляционных параметров системы, которые характеризуют взаимное расположение атомов, атомных групп и направленность валентных связей , . Таблица 1. Заряд углерода Координаты вектора а сверху вниз х, у, а а. Таблица 1. Заряд углерода Модель расчта, энергии системы, Е, а. Таблица 1. Ионизация иона или атома Расчтный потенциал ионизации, эВ. Рис. Модель основного состояния атома углерода с конфигурацией б2. Рис. Векторы максимальной электронной плотности в атоме углерода. Несмотря на все многообразие гипотез о строении углей в настоящее время можно считать установленным, что угольное вещество образовалось из растительных материалов в результате сложного превращения в течение длительного времени конденсации различных элементов. Физикохимические свойства углей зависят от степени метаморфизма. Метаморфизм определяет глубину превращения растительных материалов в процессе углеобразования. При микроскопическом исследовании структуры углей их разделяют на компоненты, отличающиеся между собой цветом, блеском, твердостью, видом излома. Исследуя наиболее однородные петрографические составляющие углей, необходимо отметить, что сведения о структуре вещества органической массы основаны на статистическом экспериментальном материале. Эта особенность является следствием того, что угли представляют собой многокомпонентные системы, отличающиеся большим количеством входящих ингредиентов. Положение о статистических, структурных особенностях принято в дальнейшем как при изложении представлений о молекулярном строении углей так и исследовании их электрохимических свойств. В углехимии имели распространение несколько гипотез о строении углей низкомолекулярная, коллоидная, полимерная и другие. Некоторые из вышеперечисленных гипотез имеют лишь исторический интерес, но разнообразие подходов к проблеме строения углей показывает, что они проявляют многосторонние свойства. Теории строения вещества углей достаточно хорошо изложены в обзорных монографиях и работах , в которых отмечено, что ранние теории о строении углей, такие как низкомолекулярная, коллоидная обладают существенными недостатками, так как не объясняют расположение групп атомов в веществе угля и энергию связи между ними. О высокомолекулярной природе углей свидетельствуют данные рентгеноструктурного анализа, химические и физические свойства, характеризующие структуру и взаиморасположение макромолекул ,. Высокомолекулярное строение угольных минералов можно представить как многократно повторяющиеся звенья структурных единиц, строение которых определяется из моделей, более или менее удовлетворительно объясняющих свойства угольного вещества. Модельные представления о строении углей развивались в работах Райли, Орчина, Гука и Карвейла, Драйдена, Грифита, Фриделя и других , рис. Наиболее удачными считаются модели молекулярной структуры ВанКревслена и Касаточки на , , . Эти модели содержат несколько неповторяющихся структурных фрагментов, сходных но строению с графитом, с различным содержанием конденсированных ароматических ядер и боковых алифатических радикалов. Макромолекула построена из неодинаковых структурных единиц и способна расщепляться на элементарные части, что и происходит в процессе углеобразования при разложении боковых радикалов. За счет этого растет число сконденсированных ароматических колец. Таким образам полимерное строение угля характеризуется наличием трехмерного углеродного скелета, состоящего из ароматических сеток, связанных между собой боковыми радикалами алифатической природы. Атомы или группы атомов из которых состоит ядро макромолекулы и боковые группы. Энергия связи между ними составляет порядка 0 кДжмолъ.