Получение и исследование свойств активированных углеродных волокнистых материалов с различной пористой структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Мухина, Ольга Юрьевна

• Мухина, Ольга Юрьевна
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мухина, Ольга Юрьевна

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

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.

2.1.1 Материалы на основе гидратцеллюлозных волокон.

2.1.2 Материалы на основе полиоксадиазольных волокон.

2.1.3 Материалы на основе фенолформальдегидных 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 Электронно-микроскопические исследования.

2.2.4 Методика определения кислотно-основных свойств.

2.2.5 Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.

2.2.6 Температурно-программируемая десорбция.

2.2.7 Оценка сорбционно-кинетических характеристик по сорбции красителя метиленового голубого.

2.2.8 Определение сорбционной активности по йоду.

2.2.9 Методика количественного определения ионов Сг(У1) и Сг(Ш) в водных растворах.

2.2.10 Определение сорбционной активности по золоту.

2.2.11 Оценка физико-механических свойств.

3 РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1 Получение активированных углеродных волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон.

3.1.1 Исследование параметров процесса активации углеродных волокнистых материалов для получения адсорбентов с высоким содержанием микропор.

3.2 Получение активированных углеродных волокнистых материалов из полиоксадиазольных волокон.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1 Исследование пористой структуры активированных углеродных волокнистых материалов.

4.2 Исследование кислотно-основных свойств и морфологии поверхности активированных углеродных волокнистых материалов.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.

5.1 Исследование адсорбции металлов сорбентами различной структуры.

5.1.1 Исследование адсорбции ионов хрома.

5.2 Исследование адсорбции красителя метиленового голубого сорбентами различной структуры.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение и исследование свойств активированных углеродных волокнистых материалов с различной пористой структурой»

Активированные углеродные материалы широко применяют в промышленности и инженерных средствах защиты. В настоящее время основные направления использования углеродных адсорбентов связаны с технологическими процессами очистки, разделения, выделения или концентрирования компонентов в газовых и жидких средах. Постоянно возрастает роль углеродных сорбентов в решении экологических проблем -очистке питьевой воды, стоков, отходящих газов предприятий промышленности и энергетики. Расширяются области применения данных сорбентов в медицине и фармацевтике, например, в качестве гемосорбентов и энтеросорбентов.

Среди активированных углеродных материалов волокнистые материалы являются наиболее перспективными и характеризуются: развитой и регулируемой в широких пределах пористостью; высокой внешней и внутренней удельной поверхностью; сочетанием в одном материале фильтрующих и высоких сорбционно-кинетических характеристик; удовлетворительной прочностью; термической и радиационной стойкостью. Сорбенты из активированных текстильных материалов иногда называют эластичными сорбентами. Наличие различных текстильных форм, в частности, нить, ткань, лента, тесьма, войлок и т.п., позволяет разнообразить аппаратурное оформление сорбционных процессов, что, в свою очередь, расширяет возможность их применения во многих областях техники.

Вместе с тем, проведение фундаментальных исследований в области синтеза углеродных волокнистых адсорбентов с целью формирования и прогнозирования рациональных физико-механических и адсорбционных свойств для различных сфер применения еще отстает от потребностей промышленности.

В частности, широкое внедрение активированных углеродных материалов из гидратцеллюлозных волокон сдерживается тем, что в большинстве случаев выпускают активированные углеродные волокнистые материалы, в которых содержится, наряду с микропорами, от 20 до 35 и больше % мезопор. Необходимо отметить, что наличие мезопор приводит к значительной потере прочности образцов.

В связи с этим поиск новых технологических режимов получения на основе гидратцеллюлозных волокон эффективных сорбентов, обладающих оптимальным соотношением микропористой (мезопористой) структуры и прочностными характеристиками, является актуальной научно-технической задачей, решение которой составляет один из аспектов настоящей диссертационной работы.

В тоже время, актуальным как в практическом, так и теоретическом плане является изучение процессов получения активированных углеродных волокнистых материалов на основе новых полимерных прекурсоров, например, на основе полиоксадиазола, что позволяет получать дешевые и эффективные углеродные материалы. Этот аспект работы важен также с точки зрения расширения спектра получаемых углеродных материалов.

Кроме того, особый интерес представляет изучение и сравнительный анализ физико-химических свойств как разработанных в ходе выполнения работы активированных углеродных волокнистых материалов, так и их отечественных и импортных аналогов.

Научный интерес и практическая ценность работы заключены в выявлении параметров структуры волокон, полученных с применением различных режимов, исследовании химии их поверхности, а также специальных сорбционных свойств по отношению к ионам отдельных тяжелых и благородных металлов, и молекулам красителя метиленового голубого. Выявлены факторы, определяющие сорбцию ионов хрома. Предложен возможный механизм взаимодействия ионов хрома с углеродной матрицей волокна. Диссертационная работа прошла широкую апробацию на представительных конференциях и семинарах. По теме диссертационной работы получены 2 патента, поданы 2 заявки на предполагаемые изобретения и опубликовано 7 научно-технических печатных работ.

Работа выполнена в рамках межгосударственной программы Россия-Беларусь «Создание и организация серийного производства оборудования для выпуска специальных химических волокон» - код 111010, и Координационного плана РАН по научно-исследовательским и опытно-промышленным работам по синтезу, исследованию и применению адсорбентов (тема 2.15.3).

Автор выражает глубокую благодарность за поддержку и обсуждение результатов, просмотр рукописи и практические замечания д.х.н., проф. Гребенникову С.Ф., а также сотрудникам кафедры ТХВ и КМ СПГУТД, высокий профессионализм которых во многом способствовал появлению настоящей работы.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Мухина, Ольга Юрьевна

5. Результаты работы реализованы в производственных условиях, наработаны опытные партии активированных углеродных волокнистых материалов. Приоритет исследований, проведенных в рамках диссертационной работы, защищен двумя патентами и двумя заявками на предполагаемые изобретения (на одну из которых получено решение о выдаче патента).