Свойства и особенности поведения микропористых адсорбентов (цеолитов и активных углей), предназначенных для новых процессов очистки и разделения газов

• Автор: Алехина, Марина Борисовна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 307 с. : ил.

Оглавление

Введение. Новые адсорбционные процессы очистки и разделения газов

1. Адсорбенты для новых процессов ситуация в области

1.1. Синтетические цеолиты

1.1.1. Структура цеолитов и их взаимодействие с веществами, молекулы которых имеют дипольный или квадрупольный моменты

1.1.2. Вода в цеолитах

1.1.3. Адсорбция азота и кислорода на цеолитах

1.1.4. Адсорбция диоксида углерода на цеолитах

1.2. Молекулярноситовые угли и их диффузионные свойства по азоту и кислороду

1.2.1. Механизм разделения газов

1.2.2. Методы получения МСУ

1.3. Электротехнические свойства активных углей
1.4. Заключение
2. Дегидратация цеолитов типа X и ее влияние на равновесную активность цеолитов по воде, азоту и кислороду
2.1. Постановка задачи
2.2. Термогравиметрические исследования
2.3. Высокотемпературная адсорбция воды на цеолите ЫаХ
2.3.1. Обоснование метода
2.3.2. Результаты опытов
2.4. Содержание остаточной воды в цеолитах
2.5. Влияние остаточной воды на адсорбцию азота и кислорода
3. Свойства ионообменных форм цеолитов типов X и М в адсорбции азота и кислорода
3.1. Предисловие
3.2. Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа X
3.3. Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа М
4. Особенности равновесной адсорбции диоксида углерода замещенными цеолитами типа А и X
4.1. Постановка задачи
4.2. Равновесная емкость цеолитов по диоксиду углерода
4.3. Термогазовая активация цеолитов
4.4. Изменение равновесной емкости цеолитов по СО2 после термогазовой активации
4.5. Физикохимические свойства активированных цеолитов
4.6. Многоцикловые испытания цеолитов
5. Причины изменчивости свойств цеолитов при адсорбции слабых адсорбатов
6. Молекулярноситовые свойства углей, импрегнированных лапролом, по азоту и кислороду
6.1. Постановка задачи
6.2. Физикохимические свойства импрегнированных углей
6.3. Адсорбция воды на углеродных адсорбентах
6.4. Адсорбция макрокомпонентов воздуха импрегнированными углями
6.4.1. Равновесная адсорбция при атмосферном давлении
6.4.2. Кинетика адсорбции при атмосферном давлении
6.4.3. Равновесная адсорбция при повышенных давлениях
6.4.4. Кинетика адсорбции при повышенных давлениях
6.5. Обсуждение результатов
7. Электрофизические свойства микропористых активных углей
7.1. Методическая часть
7.2. Электросопротивление углей СКТ
7.2.1. Отбор и предварительные испытания углей
7.2.2. Исследование образцов
7.2.3. Изменение электрофизических свойств и структуры гранул под действием сильного электрического тока
7.3. Электросопротивление угля ФАС
7.3.1. Электросопротивление при воздействии слабого тока
7.3.2. Влияние силы тока на электросопротивление угля ФАС
7.4. Математическое моделирование электропроводности зернистого слоя
7.4.1. Электросопротивление идеализированного зернистого слоя
7.4.2. Электросопротивление реального зернистого слоя
7.5. Обсуждение результатов Выводы
Литература


Вторая ступень - формирование монослоя на стенках суперполостей за счет образования водородных связей между водными молекулами и атомами кислорода цеолитной структуры. Теплота адсорбции при этом почти постоянна (~ кДж/моль для NaX). На последнем этапе, после того как монослой сформирован, заполнение пор продолжается по механизму конденсации. При этом теплота адсорбции незначительно выше энтальпии испарения воды ( кДж/моль). После насыщения полостей теплота адсорбции • снижается до значения теплоты испарения воды. Сведения о проникновении молекул воды в содалитовые полости цеолита ЫаА при 0 °С содержатся в [], предполагается, что диффузия молекул Н в содалитовые полости заторможена в связи с блокировкой ионами натрия шестичленных входных окон. Адсорбционные свойства системы цеолит-вода сильно зависят от природы катионов и общей катионной плотности (числа катионов на элементарную ячейку) цеолитов. Самые высокие значения адсорбционной емкости и теплоты адсорбции при нулевом заполнении у цеолитов с катионами малого размера и большой поляризующей силой, например у 1л []. У цеолитов с катионами больших размеров, например Ыа* или К+, снижаются объем пор, доступных для молекул воды, и энергия специфического взаимодействия воды с катионами. Например, для X цеолитов с моновалентными катионами адсорбционная емкость по воде уменьшается с увеличением радиуса катиона [-]. Авторы работы [] ожидали, что у цеолитов У с бивалентными катионами (М^ + или Са2+) будут более высокие адсорбционные емкости по воде, чем у цеолита ИаУ, так как общая катионная плотность уменьшается на %. Однако, количество воды, адсорбированное элементарной ячейкой цеолита 1^У (и СаУ) оказалось ниже, чем на КаУ и выше, чем на цеолитах X. Комментарии авторов были таковы: адсорбционная емкость цеолитов по воде зависит не только от размеров компенсирующих катионов, но также и от их местоположения. Цеолит X адсорбировал меньшее количество воды, чем цеолит У, из-за того, что во всех цеолитах типа X имеются катионы, расположенные в местах в то время как в цеолитах типа У такие катионы отсутствуют. Три вида взаимодействий молекул воды с поверхностью цеолита отмечены в работах [,]. Полоса валентных колебании изолированных ОН-групп отнесена к взаимодействию гидроксила воды с катионом. Остальные полосы поглощения отнесены к валентным колебаниям ОН-групп в молекулах воды, связанных водородной связью с поверхностным кислородом, и деформационным колебаниям молекулярной воды. В работах [-] исследована адсорбция паров воды на цеолитах ВаХ и ВаУ. Спектральные исследования показали энергетическую неоднородность взаимодействия воды с цеолитом. При низких степенях заполнения молекулы воды локализованы между ионами Ыа+Г расположенными, в местах Бщ и Бщ в ЫаХ и вокруг катионов Ва2+„ расположенных в местах вг и вц в ВаХ. Фожазиты в • Ва2+-форме [] показывают более сильное сродство к молекулам воды, чем в натриевой или калиевой форме. На изотерме адсорбции-десорбции при 0 °С имеется петля гистерезиса, приписанная авторами перемещению компенсационных катионов во время их взаимодействия с водными молекулами. После нескольких изобарических циклов адсорбция-десорбция структура ВаХ подвергается серьезным повреждениям (полная потеря микропористости и аморфизация адсорбента), в то время как структура ВаУ остается неповрежденной. В работе [] методом нейтронной порошковой дифрактоскопии при низких температурах (1,5-5,0 К) была изучена структура цеолита ВаХ с предварительно адсорбированной водой, а также образцов ВаХ, содержащих помимо воды еще и адсорбированные изомеры ксилола (р-ксилол и ш-ксилол). Цеолит ВаХ был приготовлен из исходного ИаХ путем ионного обмена. Перед адсорбционными измерениями цеолит ВаХ был дегидратирован в вакууме до КГ4 Ра при 3 К в течении ч и затем при 3 К в течении ч. В ходе исследований было установлено, что независимо от состава адсорбированной фазы в цеолите существуют два различных места адсорбции молекул воды (V/! Шг). Молекула воды в месте У1 скоординирована с катионом Ва2+ в месте Б г.