Адсорбционные свойства наноструктурированных углеродных материалов фуллероидного типа

• Автор: Слуцкер, Евгений Маркович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Адсорбция на наноструктурированных углеродных

материалах фуллероидного типа НУМ.

1.2. Получение и структура НУМ.

1.3. Электрическая, магнитная и структурная

характеристика фуллереновых саж ФС.

1.4. Химическое и энергетическое состояние

поверхности углеродных материалов

1.5. Влияние строения различных аллотропных форм

углерода на возможность их модификации.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Характеристики использованных материалов.
2.2 Методики эксперимента
ГЛАВА 3. РАЗДЕЛЕНИЕ НУМ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ИХ СТРОЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРОЕНИЯ ФС.
3.1 Влияние процесса экстракт фуллеренов
на характеристики получаемых саж
3.2 Выделение графитнрованной сажи методом
седиментации в ультразвуковом иоле
3.3 Исследование ФС, НТ методом трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения, а также ФС методом ЯМР
3.4 Определение количества кислых поверхностных групп на НУМ
и техническом углероде методом потенциометрического титрования
3.5 Исследование методами ИК спектроскопии
состава поверхностных групп.
ГЛАВА 4. ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФУЛЛЕРЕНОВЫХ САЖ.
4.1 Исследование пористой структуры методом
пикнометрии и ртутной порометрии
4.2 Определение параметров адсорбции
по ТОЗМи и удельной поверхности по БЭТ
4.3 Адсорбционная емкость ФС по парам
органических растворителей из газовой фазы
4.4 Кинетические параметры адсорбции на ФС
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ
НА АДСОРБЦИОННУЮ ЕМКОСТЬ ФС И НТ
5.1 Термическое модифицирование ФС,
фуллерита и технического углерода.
5.2 Влияние условий подготовки углеродных протяженных наноструктур на их сорбционную емкость и кинегику адсорбции.
5.3 Химическое модифицирование ФС
5.4 Адсорбция молекул воды и катионов
металлов на ФС, как мера окисленности поверхности.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Снижение коэффициентов диффузии в приведенном ряду для ФС, вероятно, связано с увеличешем растворимости фуллеренов и, как следствие, увеличением времени диффузии. Практическая значимость. Непосредственно ФС в виде порошка может использоваться для сорбции органических соединений га водных сред. Высокие значения величины сорбции катионов цветных металлов на ФС, так Фю,о0,1 емкость по свинцу 1 мкгэквЮ. НУМ. Апробация работы. Всероссийской научнопрактической конференции Студенты и аспиранты малому наукоемкому бизнесу Ползуновские гранты Казань, г. На VI СанктПетербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов. Политехнический симпозиум Молодые ученые промышленности СевероЗападного региона. СПб, г. Ii i . I, , i, . Научнопрактической конференции Химические нанотехнологии и функциональные наноматериалы. СПб, г. ГЛАВА 1. Адсорбционные процессы па поверхности твердого тела исторически принято делить на физические и химические. В монографии М. М.Дубинина 1 указывалась возможность протекания химических реакций при адсорбции газов и паров на активных углях. Физической адсорбцией называются адсорбционные процессы, в которых молекулы адсорбируемого вещества сохраняют свою индивидуальность, а процесс адсорбции происходит под действием дисперсионных сил. Химическая адсорбция характеризуется образованием поверхностного соединения, при этом сорбируемое вещество теряет свою индивидуальность 2. Однако, возможны случаи, когда процесс адсорбции обязан образованию связен по донорноакцепторному механизму, например для фуллсрсновых форм углерода который выступает в качестве акцептора элеклронной плотности ароматических молекул. Адсорбционные свойства адсорбентов в общем случае определяются характером пористой структуры, химическим и энергетическим состоянием поверхности. Для неполярных молекул основное значение имеет, как правило, пористая структура. В случае полярных молекул определяющую роль играет химическое состояние поверхност и твердого тела 3,4. По всей видимости, по своей струклуре фуллерены могуг рассматриваться как фехмерные аналоги ароматических углеводородов, молекула имеет тгэл старо иную систему, все связи ненасыщенны, склонна к взаимодействию с сорбатами ароматической природы и, чем более они гидрофобны и менее офинательно заряжены, тем лучше происходш взаимодействие. Гидрофобные молекулы фуллсрсиа, располагаясь на поверхности подложки, ириводяг к ее гидрофобизацни. Фуллерсны, являясь сильно элсктроогрниазельными молекулами, создают на поверхности гидрофильной подложки отрицательный потенциал. Таким образом, фуллсрсновый алсорбсгг характсртуется значигсльной адсорбцией к годрофобным веществам, растворенным в водных растворах. Поверхность фуллеренового адсорбсгта обладает отрицательным поверхностным потенциалом, что может дополшггелыю увеличивать адсорбцию положительно заряженнььх молекул. Изотерма адсорбции азота на кристаллах фуллергга при К характеризуется высоким начальным участком при малых относительных давлениях 57, фуллериг обладает микропористой срукгрой. Кристаллы фуллеренов и их ггрошводных содержат много дефектов и часто бывают двойниковыми. Кроме того, во многих структурно исследованных производных фуллеренов молекулы Сп квазисфсрнчсской формы ротационно разупорядочепы, что затрудняет рентгенографические измерения 8. Термодинамические характеристики адсорбции органических соединений разных классов на молекулярных кристаллах фуллерют и для сравнения на графитированной термической саже, которая может служить своеобразным эталоном однородной поверхности, показываюг, что адсорбщюнный потенциал поверхности кристаллов фуллерена много меньше, чем рафигированной сажи 9,. Изотерма сорбции бепола на кристаллах смеси соотношение 14 фуллеренов С и С имеет гистерезис, распространяющийся на всю область давлений . Скорее всего, в начале сорбционного процесса адсорбция определяется взаимодействием молекул бензола с центрами неоднородности вторичной структуры адсорбента. Вблизи Р5 резкий подъем кривой адсорбши и резкий спад кривой десорбции объясняются, в основном, конденсацией бензола во вторичной пористости.