авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Основы ресурсосберегающих технологий получения активированных углеродных волокон, их свойства и применение

-- [ Страница 4 ] --

Примечание: цифра в обозначении АУВМ – индекс, кратный конечной температуре термообработки.

Исследования показали, что микропористые сорбенты действительно могут быть получены из УВМ с КТТО 1050-11500С (таблицы 7, 8). Так же было показано, что на основе УВМ с КТТО 450-5000С могут быть получены АУВМ с высокой сорбционной активностью и прочностью. Испытания, проведенные в производственных условиях, позволили сократить время активации до 6 минут (время активации УВМ с КТТО 650-7000С – 8-12 минут).

3.2 Сравнительные исследования параметров пористой структуры различных типов АУВМ

Исследованы АУВМц из ГЦВ с различными КТТО и АУВМф на основе фенольных смол (ФС). Основные адсорбционно-стуктурные характеристики волокон, рассчитанные на основании анализа изотерм адсорбции паров ацетона, с использованием положений теории объемного заполнения микропор приведены в таблице 8.

АУВМ на основе ФС оказались микропористыми, но с различными общими объемами сорбционного пространства, что, свидетельствует о различных степенях активации. Сравнивая структурные характеристики сорбентов на основе ГЦ и ФС, следует отметить, что для сорбентов на основе ГЦ несколько выше размер микропор. Для образцов АУВМц-10, АУВМц-11, АУВМц-12, АУВМц-13, при одинаковых степенях активации и практически одинаковом общем объеме сорбционного пространства, объемы микропор (Vми), и их структурные характеристики отличаются, что еще раз подчеркивает роль КТТО в формировании пористой структуры сорбентов.

Таблица 8 Адсорбционно-структурные характеристики различных типов АУВМ

Материал Степень активации, % S, м2 V0, см3 Vми,, см3 Vме, см3 х, нм
АУВМц-7 55 1190 0.60 0.42 0.14 0.42
АУВМц-10 55 1150 0.63 0.60 0.03 0.53
АУВМц-11 55 1270 0.64 0.64 0.0 0.50
АУВМц-12 55 1070 0.64 0.55 0.09 0.51
АУВМц-13 55 1050 0.64 0.50 0.15 0.67
АУВМф-1 - 1140 0.40 0.40 0.0 0.38
АУВМф-2 - 1260 0.60 0.60 0.0 0.47
АУВМф-3 - 1300 0.66 0.66 0.0 0.51

Анализ физико-механических характеристик показал, что разработанные нами АУВМ превосходят по прочности сорбенты на основе ФС: для близких по адсорбционно-структурным характеристикам АУВМц-11 и АУВМф-2, разрывная нагрузка нити составляет 10,8 и 1,3 сН/текс соответственно. Результаты исследований позволяют прогнозировать технологические параметры и свойства АУВМ.

3.3 Электропроводящие углеродные активированные материалы

Электропроводящие АУВМ являются новым классом сорбентов. Нами предложены две оригинальные схемы получения таких сорбентов (рисунок 2).

Рисунок 2 Технологические схемы получения токопроводящих сорбентов.

В таблице 9 приведены основные характеристики токопроводящих АУВМ, полученных по различным схемам.

Наибольшей сорбционной активностью обладают АУВМ, с КТТО 12000С, полученные по схеме 1. Их объем сорбционного пространства сформирован микропорами, однако, электрическое сопротивление этих сорбентов в 3-9 раз выше, чем у волокон, полученных по схеме 2 и прошедших дополнительную термообработку при температурах 1300-15000С. Все полученные материалы характеризуются относительно высокой прочностью 22,0-7,0 сН/текс.

Таблица 9 Основные показатели электропроводящих АУВМ, полученных по схемам 1 и 2

Свойства АУВМ Высокотемператруная обработка/ активация (схема 1) Активация/дополнительная термообработка (схема 2)
КТТО УВМ 12000С КТТО УВМ 13000С КТТО УВМ 15000С ТДТО 13000С ТДТО 14000С ТДТО 15000С
Степень активации 30 55 30 55 30 58 30 55 30 55 30 55
Vo, см3/г 0,40 0,64 0,39 0,64 0,40 0,64 0,30 0,55 0,30 0,50 0.25 0,40
Vми,см3/г 0,40 0.64 0.32 0,55 0,35 0,51 0,28 0,38 0,18 0,28 0,13 0.20
V, мОм.см 110 149 29 49 26 40 18 42 13 31 12 27
С, Ф/см3 - - 90 60 90 80 150 80 130 100 140 110

Примечание: ТДТО – температура дополнительной термообработки.

Электрическое сопротивление АУВМ возрастает с увеличением степени активации (рисунок 3а) и падает с увеличением температуры дополнительной термообработки – КДТО (рисунок 3б).

Рисунок 3 Зависимость удельного объемного сопротивления V а) от степени активации УВМ с различными КТТО и б) от температуры дополнительной термообработки (ДТО) волокон с различной степенью активации.

Результаты исследований позволяют прогнозировать свойства токопроводящих АУВМ, а технологические параметры их получения рекомендованы к внедрению.

Разработанные токопроводящие АУВМ были использованы в процессах адсорбции и термической десорбции за счет эффекта Джоули органических растворителей, а также в качестве элементов в емкостных накопителях электроэнергии. Исследования по изучению адсорбционно/десорбционных характеристик малогабаритного устройства очистки воздуха осуществляли на АУВМ с V0=0.64 cм2/г и V=40 мОмсм. Определение концентраций сорбируемых и десорбируемых веществ проводили на хроматографе ЛУМ 8МФ-5 (при исходной концентрации этанола 5,0 мг/м3 и скорости потока 2,5 м/час). Время адсорбции до проскока составило 30 минут, до полного насыщения сорбента – 50 минут. Время десорбции на 95% при температуре 2000С составило 15 минут. Разработанные сорбенты и способ регенерации АУВМ могут быть использованы в конструкциях малогабаритных концентраторов летучих веществ и для очистки от них воздуха.

С использованием токопроводящих сорбентов, модифицированных металл/оксидами, разработан процесс каталитического окисления органических растворителей (ацетон, бензол и др.), десорбируемых за счет эффекта Джоули. Использование катализаторов, закрепленных в структуре АУВМ, позволяет в 3-4 раза снизить концентрацию толуола за слоем адсорбента за счет его окисления до CO2. Исследования показали возможность и перспективность термокаталитической регенерации АУВМ за счет прямого нагрева током. Изучение возможности использования токопроводящих АУВМ для накопителей электроэнергии проводили на волокнах с различной электропроводностью и пористостью.

Основные результаты исследований (таблица 10) показывают, что увеличение v от 18 до 42 мОмсм приводит к снижению емкости двойного электрического слоя в 2 раза.

Таблица 10 Зависимость электроемкости АУВМ от электропроводности и пористой структуры.

АУВМ V0, см3 Vmin, cм3 V, мОм*см С, Ф/с3
КТТО 1500 схема 1 0,64 0,51 40 80
КТТО 1500 схема 2 0,40 0,20 27 110
КТТО 1500 схема 2 0,30 0,28 18 150

Зависимость электроемкости от объема пор (микропор) неоднозначна. Даже при высоком содержании (0,51 см3/г) микропор в АУВМ, но низкой электропроводности, двойной электрический слой не способен удерживать заряд более 50Ф/см3. Показана принципиальная возможность использования токопроводящих АУВМ в накопителях электроэнергии.

3.4 Получение активированных углеродных материалов методом химической активации

Химической активации подвергали ленты из ГЦВ, импрегнированные водными растворами ZnCl2, Na2HPO4, NH4Cl. Показано, что выход УВ при КТТО 7000C зависит экстремально от содержания добавок на ГЦВМ ( максимум при 17,5; 7,5 и 15,0% соответственно). Характеристики химически активированных АУВМ представлены в таблице 11.

Таблица 11 Основные структурно-адсорбционные характеристики волокон, полученных химической активацией

Образец Характеристики сорбентов
а, г/г Ео,кДж/моль Х, нм Sтозм,м2 Vo,см3 Vми, см3 Vме, см3
АУВх1 (ZnCl2) 0,21 18,73 0,64 422 0,42 0,27 0,15
АУВх2 (Na2HPO4) 0,22 19,62 0,60 633 0,65 0,36 0,29
АУВх3 (NH4Cl) 0,23 32,22 0,37 784 0,35 0,29 0,06

Таким образом, установлена возможность получения химически активированных АУВМ с высоким (0,42-0,64) общим объемом пор и высоким выходом. Увеличение выхода АУВМ может быть достигнуто при снижении КТТО. С использованием активирующих добавок ZnCl2 и NaHPO4 при 4500С получены сорбенты с выходом АУВМ 35 и 39% соответственно. При этом общий объем сорбционного пространства составляет 0,38 и 0,43 см3/г. Экспериментальные данные свидетельствуют, что пористая структура и свойства химически активированных АУВМ существенно зависят от типа и концентрации добавки, а также от температуры активации/карбонизации. Выявлены основные закономерности процесса, позволяющие получать АУВМ с различной пористостью и сорбционной активностью.

3.5 Морфология углеродных волокон

Особенности структурных изменений волокон при термической обработке и активации изучили методом сканирующей электронной микроскопии на микроскопе JSM-35C Hitachi. В процессе карбонизации и графитации диаметр волокон снижается по сравнению с диаметром ГЦВ в 2,5-3,0 раза, при этом УВ наследуют форму и дефекты волокон-прекурсоров. После карбонизации ГЦВ в присутствии неразлагающихся ПД в поверхностном слое наблюдаются сферическое оплавление частицы – остатки добавок. Активация приводит к образованию на поверхности множества макропор с диаметром до 300-500 н.м. (степень активации 45-55%). Структурные изменения поверхности волокон при адсорбции металлов, восстановленные формы металлов и биологические объекты, сорбированные на АУВМ можно оценить по снимкам, представленным в соответствующих разделах диссертации.

ГЛАВА 4. Изучение процессов сорбции активированными волокнами ионов металлов и биологических объектов

В главе подробно рассмотрено влияние структурных параметров сорбентов и степени их окисления на величину и скорость сорбции хлоро- и цианокомплексов Au, хлоро- и сульфокомплексов Pd, хлорокомплексов Pt, ионов трех и шестивалентного Cr. Интерес к таким исследованиям вызван не только необходимостью селективного извлечения благородных металлов из растворов сложного состава, с возможностью аналитического концентрирования и извлечения из бедных сточных вод, но и с разработкой технологий получения каталитически активных материалов, а также нового вида сорбентов – металл содержащих АУВМ. Заключительный раздел главы посвящен исследованию сорбции белков, вирусов и бактерий волокнами различной природы, в том числе АУВМ, содержащими в своей структуре ультрадисперсные частицы Cu0, Ni0, Ag0. Исследования связаны с расширением и поиском новых областей применения волокон-сорбентов.

4.1 Адсорбция металлов платиновой группы, хрома и золота

Основная часть исследований по адсорбции ионов металлов проведена на сорбентах из гидратцеллюлозных волокон АУВц, характеристики которых представлены в таблице 12. При адсорбции цианокомплексов золота и ионов хрома в качестве объектов сравнения использованы АУВ на основе фенольных (АУВф) и полиоксадиазольных волокон (АУВо). Влияние степени окисления волокон оценивали по изменению адсорбционных свойств окисленных АУВок в сравнении с неокисленными анионитами.

Таблица 12 Свойства и структурные характеристики углеродных волокон

Образец Удельная поверхность, м2 Пористость, см3 Сорбционная емкость, ммоль/г pН водной вытяжки Поверхност-ный заряд
V0 Vми Vме по 0.1M HCl по 0.1M NaOH
УВц-1 - 0,15 0,15 0,00 0.02 0.02 6.4
УВц-2 0.3 - - - 0.02 0.01 6.4
АУВц-1 750 0.36 0.28 0.08 0.60 0.10 9.5 +
АУВц-2 980 0.44 0.32 0.12 0.66 0.10 9.5 +
АУВц-3 1360 0.56 0.45 0.11 1.10 0.10 10.5 +
АУВц-3oк 720 0.34 0.22 0.12 0.12 1.20 2.4
АУВц-4 1190 0,52 0,40 0,11 0,63 0,10 9,6 +
АУВц-5 1310 0,64 0,64 0,00 0,62 0,09 9,5 +
АУВф 1490 0,60 0,60 0,00 0,65 0,09 10,6 +
АУВо 400 0,26 0,22 0,04 0,45 0,10 8,4 +


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.