Молекулярно-ситовые угли, модифицированные лапролом, и адсорбция азота и кислорода на них

• Автор: Павличева, Елена Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. МОЛЕКУЛЯРНОСИТОВЫЕ УГЛИ И АДСОРБЦИЯ ГАЗОВ А НИХ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Строение углеродных адсорбентов

1.2. Молекулярноситовые угли

1.2.1. Механизм разделения газов на молекулярноситовых углях

1.2.2. Методы получения молекуляриоситовых углей

1.2.2.1. Карбонизация и активация

1.2.2.2. Модифицирование карбонизата

1.2.2.2. а Высокотемпературная обработка в присутствии углеводородов

. 2.2.2. б Импрегнирование растворами высокомолекулярных соединений

1.3. Свойства высокомолекулярных соединений и механизмы их адсорбции на углеродных адсорбентах
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Материалы, использованные в работе
2.1.1. Адсорбенты и карбонизаты
2.1.2. Характеристика модификаторов
2.1.3. Характеристика адсорбатов
2.2. Получение импрегнированных молекулярноситовых углей
2.2.1. Предварительная подготовка карбонизата
2.2.2. Импрегнирование карбонизата
2.3. Физикохимические исследования образцов
2.3.1. Термогравиметрические исследования
2.3.2. Определение адсорбции паров воды и суммарного объема пор
2.4. Методы измерения адсорбции газов при атмосферном давлении
2.5. Методы измерения адсорбции газов при повышенных давлениях
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Физикохимические исследования образцов
3.1.1. Термогравиметрические измерения
3.1.2. Определение адсорбции паров воды и суммарного объема пор
3.2. Адсорбция азота, кислорода и аргона при атмосферном давлении
3.2.1. Равновесная адсорбция газов
3.2.2. Кинетика адсорбции газов
3.3. Адсорбция азота, кислорода и аргона при повышенных давлениях
3.4. Обсуждение результатов экспериментов
4. ТЕХНОЛОГ ИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА УГЛЕРОДНЫМ АДСОРБЕНТОМ, МОДИФИГ1ИРОВА1II1ЫМ Л А ПРОЛОМ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Неоднородная масса, образованная из аморфного углерода, гетероатомов, а также кристаллитов углерода обуславливает своеобразную структуру активных углей, проявляющуюся в том, что между отдельными частицами появляются поры шириной 0,1- нм [8, , ]. Эти адсорбенты, обычно, характеризуются развитой полидисперсной структурой, хотя возможен и их синтез с узким распределением пор по радиусам определенных размеров. Как правило, активные угли содержат все три известные разновидности пор - макроноры с радиусами свыше 0 нм, переходные (мезо-) с радиусами от 1,5 до 0 нм и микропоры с радиусами менее 1,5 нм [, -]. В группе микропор Дубинин М. М. дополнительно выделяет в отдельную категорию ультрамикропоры («истинные» микропоры) с размерами 0,6-0,7 нм и супермикропоры, имеющие эффективные радиусы пор в диапазоне 0,7-1,5 нм [-]. Эти разновидности представляют единственную разветвленную систему, в которой переходные поры являются ответвлениями от макропор, а микропоры - продолжением системы переходных пор. Механизм адсорбции в порах различающихся размерами - специфичен. Микропоры - соизмеримы с размерами адсорбирующихся молекул и адсорбция в них характеризуется их объемным заполнением. В мезопорах, как и на поверхности непористых материаюв, адсорбция сводится к образованию последовательных адсорбционных слоев на стенках и завершается их заполнением по механизму капиллярной конденсации. Макропоры же вносят незначительный вклад в процесс адсорбции, т. Конфигурация пор активных углей различна. Наряду с порами цилиндрической неправильной формы в углях имеются У-образные, щелевидные, а также бутылкообразные поры с узкими входами. Появившиеся в последние годы молекулярноситовые угли значительно расширяют сложившееся представление о структуре углей. Типичное распределение пор по радиусам в углеродных адсорбентах приведено в табл. Таблица 1. Тип активного угля Микропоры с! Молекулярно-ситовые угли (МСУ) пригодны для разделения газов, размеры молекул которых чрезвычайно близки. В этом случае наблюдается активированная диффузия молекул газов через узкие входные отверстия пор [-]. Разделение газов при этом происходит за счет различия скоростей диффузии, которое определяется соотношением размера молекул и размера входных отверстий микропор []. Компоненты газовой смеси с меньшими размерами будут свободно проникать в микропоры и адсорбироваться, тогда как диффузия крупных молекул будет затруднена. При этих условиях крупные молекулы будут попадать только в макропоры молекулярного сита, выполняющие роль транспортных пор, беспрепятственно в них диффундировать и, освободившись частично или полностью от меньших молекул, покидать молекулярное сито. Наиболее широкое применение МСУ находят для разделения кислорода и азота воздуха, которое основано на различии скорости переноса кислорода и азота внутри МСУ, т. Скорости приближения к равновесию для кислорода и азота в МСУ существенно отличаются, в то время как величины равновесной адсорбции близки, отсюда следует, что разделение основано на разнице в размерах молекул []. Такой вывод был сделан, несмотря на то, что кинетические радиусы у обоих адсорбатов, как видно из таблицы 1. А. Чтобы проиллюстрировать эту идею на рис. Авторы данной работы утверждают-, что нора размером 0,4 А создает существенный барьер для продвижения молекул азота. Таблица 1. Газ Температура кипения, К Критич. Авторами работы [] была создана модель молекулярной динамики диффузии кислорода и азота в индивидуальных порах. В работе получены зависимости коэффициентов диффузии от ширины пор. Авторы получили уравнение позволяющее рассчитать коэффициент диффузии в зависимости от ширины пор. Рассчитанные величины хорошо согласуются с экспериментальными данными. Па рис. Рис. Рис. МСУ-А, обычно используемом для разделения воздуха. МСУ-А был предоставлен фирмой Air Products, он получен методом отложения пироуглерода на микропористом субстрате. Адсорбция линейных молекул на МСУ-А исследовалась с целыо определения влияния на кинетику адсорбции газов углеродными молекулярными ситами таких факторов как размер молекулы, форма, электронная структура. Исследования проводились в интервале температур 3-3 К и давлении 0-0 КПа.