Получение, свойства и применение модифицированных фуллеренами адсорбентов

• Автор: Никонова, Вера Юрьевна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 124 с. : ил.

1 Аналитический обзор.

1.1 Физикохимические свойства фуллеренов

1.1.1 Строение и электронные свойства фуллеренов

1.1.2 Физические и химические свойства фуллеренов

1.2 Адсорбционные свойства фуллеренсодержащих материалов

1.2.1 Адсорбция из газовой фазы.

1.2.1.1 Адсорбция органических соединений.

1.2.1.2 Адсорбция неорганических соединений.

1.2.2 Адсорбция из жидкой фазы

1.2.2.1. Адсорбция органических соединений

1.2.2.2 Адсорбция ионов металлов из водных сред.

1.2.2.3 Бактерицидные свойства фуллеренов.
1.3 Применение нанострукгурированных углеродных кластеров
фуллероид юго типа для модифицирования пористых материалов.
1.3.1 Модифицированные фуллеренами пористые материалы
Свойства и применение.
1.3.2 Применение фуллеренов в качестве модифицирующей добавки дня увеличения пог лотительных свойств традиционных адсорбентов.
1.3.2.1 Применение модифицированных фуллеренами силикагелей для
сорбщш липопротеидов низкой плотности из плазмы крови.
1.3.2.2 1 Трименение модифицированных фуллеренами силикагелей
для сорбции катионов металлов.
1.4 Выводы из аналитического обзора.
1.5 Цель и задачи работы
2 Методики исследования.
2.1 Методы исследования пористой структуры и
адсорбционных свойств.
2.2 Спектрофотометрическое определение индивидуальных
фуллеренов и их смесей в растворе в оксилоле.
2.3 Оценка ошибок измерения.
2.4 Методика исследования поглотительной способности по катионам металлов
2.5 Методика получения пористых материалов,
модифицированных фуллеренами
2.6 Методы регенерации модифицированных фуллеренами
адсорбентов.
2.7 Определение функциональных групп на поверхности материала методом потенциометрического титрования.
2.8 Исследование функционального состава поверхности
сорбентов методом адсорбции кислотноосновных индикаторов.
2.9 Методика исследования сорбции активного угля микро
количеств бензола в динамических условиях.
3 Получение и исследование основных физикохимических и адсорбционных свойств модифицированных
фуллеренами материалов
3.1 Получение модифицированных фуллеренами адсорбентов
3.1.1. Нанесение фуллеренов на пористую поверхность с
использованием органических растворителей.
3.1.1.1 Влияние органических растворителей на строение фуллерита
3.1.1.2 Влияние органических растворителей на сорбционные
свойства фуллерита
3.1.2 Нанесение фуллеренов на пористую поверхность с использованием водных растворов фуллеренов
3.1.3 Способы регенерации полученных адсорбентов
3.2 Физикохимические и адсорбционные свойства
модифицированных материалов.
3.2.1 Исследование физических свойств модифицированных материалов.
3.2.1.1 Исследование структуры модифицированного
фуллеренами силикагеля методом ИК спектроскопии.
3.2.1.2 Определение структуры модифицированных материалов
методом Рамановской спектроскопии.
3.2.1.3 Исследования пористой структуры модифицированных
материалов
3.2.2 Исследование функционального состава поверхности активного
угля, модифицированного фуллеренами.
4 Перспективные области испоьзования модифицированных
фуллеренами материалов
4.1 Применение модифицированного АУ для очистки водных сред
4.1.1 Очистка от катионов металлов
4.1.1.1 Исследование процесса адсорбции катионов меди, свинца
и серебра в статических условиях
4.1.1.2 Исследование кинетики процесса адсорбции катионов металлов .
4.1.1.3 Исследование процесса адсорбции катионов металлов в динамических условиях.
4.1.1.4 Исследование селективности извлечения катионов металлов
из водных сред
4.1.2 Очистка водных сред от микроорганизмов.
4.1.чистка водных сред от органических соединений.
4.2 Очистка ДТ от ароматических соединений с использованием адсорбентов модифицированных фуллеренами
4.2.1 Проведение процесса очистки в статическом режиме
4.2.2 Проведение процесса очистки в динамическом режиме.
4.2.3 Регенерация отработанных адсорбентов
4.3 Применение силикагеля, модифицированного фуллеренами для
очистки водных сред от катионов металлов и плазмы кропи от ЛНП.
4.4 Очистка газовых сред от органических соединений в
условиях высокой влажности потока.
4.5 Экономическая оценка процессов получения модифицированных
пористых адсорбентов фуллеренами.
5 Выводы.
Список литературы


Яркими представителями таких материалов являются фуллерены, которые представляют собой полиэдрический кластер углерода, причем молекула фуллерена состоит из шестичленных и пятичленных углеродных колец, что обусловливает ее характерные свойства, и определяет электронную и пространственную структуру фуллсрснсодержащих материалов. Их основные свойства позволяют говорить о фуллереновых материалах, как об эффективных адсорбентах способных поглощать различные соединения, как из газовой, так и из жидкой фазы. Однако использование индивидуальных фуллеренов, экстракта фуллерснов и фуллереновой сажи с различным содержанием фуллеренов, в качестве адсорбентов в чистом виде является нецелесообразным ввиду их высокой стоимости и высокой дисперсности. Проведенный анализ особенности строения наноструктурированного углерода фуллереновой формы, свойств и специфики его взаимодействия с материалами различного строения, позволяет предположить, что введение даже небольших количеств фуллерснов приведет к значительному изменению электронной структуры пористого материала и повышению его адсорбционной емкости. Наряду с этим, технология модифицирования материалов микродобавками сравнительно проста и требует использования стандартного оборудования и режимов обработки, не связанных с применением высоких температур и давлений. Разработка технологий подобного типа позволит осуществить их быструю практическую реализацию, в том числе, в условиях действующих производств сорбирующих материалов. Фуллерены представляют собой замкнутые сферы Сбо или сфероиды С, С, поверхность которых выложена пентагонами и гексагонами. В вершине каждого пяти и шестичленника находятся атомы углерода . Центральное место среди фуллеренов занимает молекула Сбо , которая характеризуется наиболее высокой симметрией, как следствие, наибольшей стабильностью. В молекуле Сбо, напоминающей покрышку футбольного мяча и имеющей структуру правильного усеченного икосаэдра, атомы углерода располагаются на сферической поверхности в вершинах правильных шестиугольников и правильных пятиугольников. Для фуллерена характерно два типа связей СС для атомов, входящих одновременно в состав колец С5 и С6 длина связи в среднем равна 1,8 А, для атомов, соединяющих два кольца С6 , длина связи СС равна 1,4 А. Длинные связи соответствуют одинарным, короткие ближе к двойным. В каждом узле одна двойная и две одинарных связей. Т.е. Бр2гибридизация, как у графита 2, 3. Фундаментальное отличие фуллерена от графита в наличии изолированных пентагонов на поверхности полиэдра из гексагонов. По своей структуре фуллерены могут рассматриваться как трехмерные аналоги ароматических соединений. Фуллерены входят в состав углеродсодержащих материалов шунгитов, осадочных углеродных пород с содержанием фуллеренов в среднем 0,1 и возможно, углей и битумов. Кроме того, фуллерены, вероятно, входят в состав космической пыли, а также могут образовываться при термической обработке углсродсодержащих материалов, входя в состав сажи. Чистый кристаллический фуллерен Сбо, полученный пересублимацией в вакууме, имеет гранецеитрированную кубическую ГЦК рештку 6. При комнатной температуре молекулы в ней ротационно разупорядочены. При понижении температуры до 8 К происходит фазовый переход, сопровождающийся частичным упорядочением молекул и понижением симметрии кубического кристалла с РшЗш до Ра 3. При дальнейшем охлаждении динамическая разупорядоченность постепенно сменяется статической . При еще более низких температурах кристалл содержит статистическую смесь молекул в двух ориентациях по данным нейтронографии при 5 К , однако полного вымораживания данной степени свободы не наблюдалось. В специальных условиях удатся получить кристаллический порошок метастабилыюй гексагональной модификации Сбо, в которой молекулы уложены по типу двухслойной плотнейшей шаровой упаковки . Раннее сообщение о другой гексагональной модификации фуллерена с параметрами а. А, с. А , не подтвердилось. Повидимому, данные параметры соответствуют не чистому фуллерену, а некоторому сольвату с малым содержанием растворителя.