Синтез и исследование углерод-кремнеземных нанокомпозитов, мезо- и микропористых углеродных материалов из высокозольной биомассы

• Автор: Елецкий, Петр Михайлович
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ

УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ С РАЗВИТОЙ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ, А ТАКЖЕ ИЗ ДРУГИХ ВИДОВ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ.

1.1 Получение пористых углеродных материалов методом парогазовой активации.

1.2 Метод химической активации для получения углеродных материалов с развитой

текстурой
1.2.1 Химическая активация с использованием катализаторов кислотной природы 2пС и Н3Р
1.2.2 Синтез микропористых углеродных материалов с предельной удельной поверхностью путем активации углеродсодержащих предшественников соединениями щелочных металлов КОН, К2СО3, ЫаОН, 2СОз.

1.3 Получение пористых углеродминеральных композитов с

1.4 Заключение.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ г

2.1 Получение углеродсодержащих материалов из шелухи риса
2.1.1 Приготовление углеродкремнеземных нанокомпозитов путем карбонизации высокозольной биомассы в реакторе с кипящим слоем катализатора.
2.1.2 Синтез мезопористых углеродных материалов из карбонизированной и исходной шелухи риса путем термообработки с порошкообразными карбонатами натрия и калия.
2.1.3 Получение катализаторов на основе мезопористых углеродных материалов из РШ и их тестирование в процессах гидродеоксигенацин анизола и декарбоксилирования жирных кислот.
2.1.4 Приготовление микропористых углеродных материалов из карбонизированной биомассы методом химической активации
2.2 Физикохимические методы исследования получаемых материалов
2.3 Тестирование микропористых углеродных материалов на их адсорбционные свойства по отношению к водороду и метану.
ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕРОДКРЕМНЕЗЕМНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ КАРБОНИЗАЦИЕЙ ШЕЛУХИ РИСА В РЕАКТОРЕ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ КАТ АЛ ИЗ АТ ОРА
3.1 Влияние условий приготовления на свойства получаемых нанокомпозитов
3.2 Исследование углеродкремнеземных нанокомпозитов физикохимическими методами
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЗОПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ ИЗ ШЕЛУХИ РИСА.
4.1 Влияние условий приготовления и природы углеродного предшественника на текстурные характеристики получаемых мезопористых углеродных материалов
4.1.1 Влияние температуры термообработки углеродкремнеземных композитов с карбонатами натрия и калия.
4.1.2 Влияние способа и условий предварительной карбонизации, мольного отношения карбонатов к БЮг предшественника и природы выщелачивающего агента на свойства получаемых мезопористых углеродных материалов
4.2 Тестирование полученных мезопористых углеродных материалов в качестве носителей для катализаторов
4.2.1 Гидродеоксигенация анизола модельного соединения биотоплива, на МСиС катализаторе
4.2.2 Деклрбоксилирование смеси пальмитиновой и стеариновой кислот на РбУС катализаторе.
ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРЕДЕЛЬНОЙ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ИЗ ШЕЛУХИ РИСА
5.1 Влияние условий приготовления на текстурные характеристики микропористых углеродных материалов.
5.1.1 Влияние природы углеродного предшественника
5.1.2 Влияние природы активирующего агента.
5.1.3 Влияние температуры активации
5.2 Исследование текстуры микропористых углеродных материалов методами
просвечивающей электронной микроскопии и функционала плотности
5.2.1 Метод просвечивающей электронной микроскопии.
5.2.2 Исследование текстурных характеристик микропористых углеродных материалов низкотемпературной адсорбцией азота с применением метода нелокальной теории функционала плотности.
5.3 Особенности формирования микропористых аморфных углеродных материалов в условиях химической активации КОН
ВЫВОДЫ .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Предложен способ получения микропористых углеродных материалов с удельной поверхностью до м2г и объемом микропор до 1,9 см3г, путем щелочной активации С8Ю2, полученных из РШ. Свойства данных материалов также были исследованы рядом физикохимических методов, включая исследование их текстурных характеристик методом функционала плотности, было проведено тестирование их адсорбционных свойств по отношению к водороду и метану. Данный способ получения микропористых углеродных материалов также является альтернативным традиционному, согласно которому аналогичные материалы получают из нефтяного кокса или пека АХ, МахзогЬ, где для предварительной окислительной обработки предшественника используют азотную кислоту с последующей активацией окисленного предшественника КОН при 0 0С. Основные результаты работы изложены в 5 статьях и были представлены на международных и 2 всероссийских конференциях и симпозиумах на разработки, полученные в ходе исследований, было получено 8 патентов РФ Яковлев, В. А., Елецкий, П. М., Пармон, В. Н. Способ получения углеродминерапьных материалов с гомогенным распределением фаз и высокой зольностью пат. РФ. Яковлев, В. А., Елецкий, П. М., Пармон, В. Н. Нанострукгурированный микропористый углеродный материал пат. РФ. Яковлев В. А., Елецкий П. М., Ермаков Д. Ю., Пармон В. Н. Углеродкремнеземный композит пат. РФ. Яковлев В. А., Елецкий П. М., Пармон В. Н. Способ получения наноструктурированного микропористого углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью пат. РФ. Яковлев В. Д., Ермаков Д. Ю., Елецкий П. М., Пармон В. Н. Способ получения высокоструктурированных углеродминеральных композитов из высокозольной биомассы пат. РФ. Яковлев В. А., Елецкий П. М., Ермаков Д. Ю., Пармон В. Н. Способ получения высокоструктурированных углсродкремнеземных композитов из биомассы пат. РФ. Яковлев В. А., Елецкий П. М., Ермаков Д. Ю., Лебедев М. Ю., Заварухин С. Г., Пармон В. Н. Способ получения водорастворимых силикатов и углеродных материаловиз высокозольной биомассы пат. РФ. Елецкий П. М., Яковлев В. А., Пармон В. Н. Способ получения мезопористого углеродного материала пат. РФ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и библиографического списка из 2 источников. Первая глава литературный обзор, посвященный методам приготовления углеродных материалов с развитой пористостью из биомассы и предшественников других типов методами парогазовой физической и химической активации, а также способов получения углеродминеральных композитов. Во второй главе описываются материалы и оборудование, которое было использовано для получения углеродных материалов из биомассы, а также методики их приготовления и исследования их свойств физикохимическими методами. В третьей главе приведены результаты исследования углеродкремнеземных нанокомпозитных материалов, полученных карбонизацией РШ в реакторе с кипящим слоем катализатора, а также результаты по оптимизации свойств полученных нанокомпозитов для их последующего использования в качестве предшественников микро и мезопористых углеродных материалов. В четвертой главе приводятся результаты исследований мезопористых углеродных материалов, полученных из карбонизированной РШ углеродкремнеземных композитов, определены оптимальные с точки зрения получения материалов с максимальной долей мезопор условия их приготовления температура термообработки нанокомпозитов с карбонатами натрия иили калия, условия предварительной карбонизации РШ, оптимальный агент для выщелачивания и некоторые другие параметры. Также приведены результаты тестирования полученных материалов в качестве носителей катализаторов на основе никея и благородных металлов в процессах декарбоксилирования, гидрогенолиза, гидродеоксигенации кислородсодержащих органических соединений. Пятая глава посвящена результатам исследования физикохимических и адсорбционных свойств микропористых углеродных материалов, а также результатам нахождения оптимальных условий получения таких материалов из карбонизированной РШ температуры акт ивации, условий предварительной карбонизации биомассы с целью получения углеродных материалов с максимальной удельной поверхностью и долей микропор.