Получение и исследование свойств активированных углеродных волокнистых материалов с различной пористой структурой

• Автор: Мухина, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 162 с. : ил.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Общие представления об углеродных материалах.

1.2 Способы получения активированных углеродных материалов

1.3 Получение активированных углеродных волокнистых материалов на

основе гидратцеллюлозных волокон.

1.4 Получение активированных углеродных волокнистых материалов на

основе различных прекурсоров.

1.5 Основные области применения активированных углеродных волокнистых

материалов.

1.5.1 Сорбция тяжелых и благородных металлов сорбентами различной

структуры
1.5.2 Сорбция органических молекул сорбентами различной структуры.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Объекты исследования 5
2.1.1 Материалы на основе гидратцеллюлозных волокон.
2.1.2 Материалы на основе полиоксадиазольных волокон
2.1.3 Материалы на основе фенолформапьдегидных волокон
2.2 Методы исследования.
2.2.1 Определение предельного объема сорбционного пространства по парам
бензола
2.2.2 Определение пористой структуры по адсорбции паров ацетона.
2.2.3 Электронномикроскопические исследования
2.2.4 Методика определения кислотноосновных свойств
2.2.5 Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.
2.2.6 Температурнопрограммируемая десорбция
2.2.7 Оценка сорбционнокинетических характеристик по сорбции красителя
метиленового голубого
2.2.8 Определение сорбционной активности по йоду
2.2.9 Методика количественного определения ионов СгУ1 и СгШ в водных
растворах
2.2.
3.1.
4.
5.
5.1.1 5.
Определение сорбционной активности по золоту.
Оценка физикомеханических свойств.
РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Получение активированных углеродных волокнистых материалов из
гидратцеллюлозных волокон
Исследование параметров процесса активации углеродных волокнистых материалов для получения адсорбентов с высоким содержанием
микропор
Получение активированных углеродных волокнистых материалов из
полиоксадиазольных волокон.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ
ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Исследование пористой структуры активированных углеродных
волокнистых материалов.
Исследование кислотноосновных свойств и морфологии поверхности
активированных углеродных волокнистых материалов
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ.
Исследование адсорбции металлов сорбентами различной структуры
Исследование адсорбции ионов хрома
Исследование адсорбции красителя метиленового голубого сорбентами
различной структуры.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ.
Приложение 1 Рентгенофотоэлекгронные спектры
Приложение 2 Акты испытаний.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
УВМ углеродный волокнистый материал
КТТО конечная температура термообработки
АУВМ активированный углеродный волокнистый материал АУ активный уголь
АУМ активированный углеродный материал
ГЦ гидратцеллюлоза
ФФ фенолформальдегид
ПАН полиакрилонитрил
ПОД полиоксадиазол
ТОЗМ теория объемного заполнения микропор
БЭТ теория Брунауэра, Эмметта и Теллера
РФЭС рентгеноэлектронная спектроскопия
ТПД температурнопрограмируемая десорбция
МГ метиленовый голубой.
ВВЕДЕНИЕ


Существуют два сорта предельных по своим свойствам коксов игольчатый анизотропный и изотропный 9. Высокодисперсным продуктом термического, или термоокислительного разложения углеводородов, содержащихся в природных и промышленных газах, нефтяных и каменноугольных маслах, является пироуглерод сажа или технический углерод 9. Строение и свойства пироуглеродных материалов определяются условиями пиролиза. При пиролизе в отсутствии кислорода образуется термическая сажа с очень низкой пористостью. В присутствии кислорода в условиях горения с коптящим пламенем образуется так называемая канальная сажа с высокой удельной поверхностью и большим объемом микропор. Стеклоуглерод твердый продукт карбонизации отвержденных термореактивных смол например, фенолформальдегидных, целлюлозы, ароматических углеводородов и других веществ, которые, минуя жидкую фазу, превращаются в карбонизованные продукты 1. Среди всего разнообразия углеродных материалов в настоящее время особое положение занимают углеродные волокнистые материалы УВМ. УВМ относят к переходным гомогеннонеграфитирующимся формам углерода. В этом заключается исключительно важная специфика углерода волокнистой формы. УВМ подразделяют на анизотропные и изотропные. Общим для обоих типов материалов является существование турбостратных элементов и аморфного углерода различных гибридных форм. Анизотропные УВМ получают из высокоориентированных химических волокон с развитой системой фибрилл. Расположение лент в фибриллах схематично изображено на рисунке 2 2. Химический состав и структура волокон зависят от условий их получения и состава применяемого прекурсора 1, , . КТТО до 0С и содержанием углерода до мас. КТТО 0 С и содержанием углерода мас. Обладая разнообразной физической формой, которая позволяет создават ь сорбенты в виде тканей, лент, тесьмы, нетканого материала, АУВМ характеризуются более высокими скоростями процессов адсорбции и десорбции по сравнению с зерненными материалами активными углями АУ, обеспечивая, одновременно, более глубокую очистку жидких и газовых сред . Повидимому, именно с перспективами получения уникальных эксплутационных свойств связан повышенный интерес отечественных и зарубежных специалистов к материалам данного вида, что подтверждается возросшим числом монографий и периодических публикаций, а также выпуском в коммерческих целях большого количества АУВМ. Некоторая часть из них представлена в таблице 1. АУВМ имеет структуру, построенную подобно структуре графита, однако в ней чередуются упорядоченные и неупорядоченные области из углеродных колец гексагонов . В отличие, например, от графита, АУВМ обладает свободным пористым пространством, которое обычно представлено трехмерным лабиринтом из взаимосвязанных расширений и сужений различного размера и формы. Различают микропоры размер 2 нм, мезопоры размер в диапазоне от 2 до нм и макропоры с размером нм. Среди микропор выделяют супермикропоры с размером в диапазоне 0,7 2 нм и ультрамикропоры с размером менее 0,6 0,7 нм. Именно благодаря наличию этих пор АУВМ имеют высокую удельную поверхность и способны поглощать адсорбировать различные вещества из жидкостей и газов. Ранние модели пористых материалов появились еще в х годах. Наиболее широко применяемой была модель открытых цилиндрических пор, предложенная Кохеном . Фостер предложил модель щелевидных пор , а МакБен бутылкообразных . В работе показано, что структура АУВМ отличается особой, пористой структурой по сравнению с АУ рисунок 3. Кроме того, как видно на рисунке 4, в структуре АУВМ существуют, на ряду с телескопическими порами, разветвленные состоящие из супермикропор, ответвленных от микро и мезопор ,. Лтсгса . Китай . Тайвань . Уд. X Уд. Сум. Днам. Ii Франция . IX. IX Уд. Ялония . I. Уд. Сум. Днам. X Уд. Сум. Диам. I . X Уд. Сорб. I. США Уд. Диам. Активированные углеродные материалы на основе гидратце. Уд. Днам. Ii Франция . X. АСТГГЕХ Уд. Япония . Кi Уд. Япония . Лквафор Россия Америка . Аквалсн Сорб. Емк. По МГ 0 мгг Сум. Увиком Россия . УВМСАК УВИСОРБ Уд. Сум.