Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Сорбционные и структурные характеристики углеродных адсорбентов

Диссертация: Сорбционные и структурные характеристики углеродных адсорбентов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая ценность работы. Показана возможность использования метода ЯМР для экспресс-контроля структурных и термодинамических характеристик системы углеродный адсорбент—вода. Разработанные методы могут использоваться как в практике НИР и в учебном процессе, так и в теории и практике производства углеродных адсорбентов и материалов на их основе. Научная новизна. Разработан и внедрен способ… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
    • 1. 1. Структура и физико-химические свойства различных углеродных адсорбентов
      • 1. 1. 1. Сорбционные, ионообменные и каталитические свойства окисленных углей
      • 1. 1. 2. Структура и свойства активных углей, полученных из металл оподобных карбидов
      • 1. 1. 3. Структура и свойства активных углей, полученных из солеобразных карбидов
      • 1. 1. 4. Структура и свойства пористых углеродных материалов из технического углерода
      • 1. 1. 5. Углеродные микропористые адсорбенты
      • 1. 1. 6. Непористые углеродные адсорбенты
      • 1. 1. 7. Активные угли с однородно-пористой структурой
    • 1. 2. Адсорбционные процессы на различных углеродных адсорбентах
      • 1. 2. 1. Адсорбция неорганических веществ на углеродных адсорбентах
      • 1. 2. 2. Адсорбция органических веществ на углеродных адсорбентах
      • 1. 2. 3. Адсорбция неорганических и органических веществ на окисленных углеродных адсорбентах
      • 1. 2. 4. Адсорбция неорганических и органических веществ углеродными адсорбентами из растворов
      • 1. 2. 5. Структура углеродных адсорбентов и состояние адсорбага
    • 1. 3. Основы импульсного метода ЯМР и его применимость к анализу системы углеродный адсорбент-вода
    • 1. 4. Выводы из обзора литературы и постановка задач экспериментальной части работы
  • 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ О 1 «V IX. у. характеристика оиъектов исследования 2.2 Методики подготовки образцов
    • 2. 3. Аппаратурный комплекс ЯМР
      • 2. 3. 1. Характеристики импульсных релаксометров ЯМР
      • 2. 3. 2. Методики измерения времён ядерной магнитной релаксации
    • 2. 4. Погрешности измерений 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТ
    • 3. 1. Определение и оценка количества активных центров в углеродных адсорбентах
    • 3. 2. Исследование влияния температуры на состояние активной поверхности углеродных адсорбентов
    • 3. 3. Установление взаимосвязи между структурными характеристиками углеродных адсорбентов и параметрами ядерной магнитной релаксации
    • 3. 4. Термодинамика связанной воды в углеродных адсорбентах
    • 3. 5. Исследование структуры и сорбционных свойств углеродных адсорбентов, подвергнутых химическому и термическому воздействиям
  • ВЫВОДЫ
  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Сорбционные и структурные характеристики углеродных адсорбентов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Углеродные адсорбенты (УА) представляют собой молекулярные сита, обладающие способностью к сорбции и разделению различных индивидуальных химических веществ и их смесей. Благодаря этим свойствам углеродные адсорбенты находят применение в различных химических и технологических процессах (синтезы химических продуктов), медицине (очистка биологических объектов) и других отраслях, а также используются при решении экологических проблем (очистка воды, воздуха и т. д.). Вместе с тем, широкому внедрению в практику мешает отсутствие исчерпывающей информации о структуре и сорбционных свойствах УА. Обзор литературы показывает, что этой проблеме посвящено значительное количество работ с привлечением разнообразных исследовательских методов, имеющих существенное ограничения в своих возможностях. При использовании химических и оптических методов происходит воздействие на образец, в результате которого необратимо изменяются его структура и свойства. Поэтому необходимы методы широкой информативности и экспрессности, не приводящие к негативному воздействию на образец. Одним из таких методов является метод ядерного магнитного резонанса, в частности, в его импульсной модификации. В то же время, общеизвестно, что этот метод применяется для указанных целей ограниченно. В связи с этим, использование данного метода в работе делает ее актуальной и эффективной, поскольку с помощью метода ЯМР можно исследовать структуру адсорбента и адсорбата, а также определять их физико-химические характеристики.

Цели и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы являлось исследование структуры и сорбционных свойств углеродных адсорбентов на основе параметров ядерной магнитной релаксации.

В связи с этим в работе решались следующие задачи:1) исследовать состояние активной поверхности углеродных адсорбентов с целью определения количества адсорбционных центров, играющих важную роль в сорбционных процессах-2) проанализировать изменение структуры и свойств УА при различных физико-химических воздействиях-3) установить взаимосвязь между параметрами ЯМР—релаксации и структурными и сорбционными свойствами УА-4) на основе импульсного метода ЯМР разработать способы определения термодинамических характеристик и дать анализ системы углеродный адсорбент—вода-5) проанализировать изменение структуры и свойств на примере углеродных адсорбентов, полученных при различных технологических условиях синтеза.

Научная новизна. Разработан и внедрен способ определения количества адсорбционных центров в углеродных адсорбентах на основе импульсного метода ядерного магнитного резонанса. Установлена взаимосвязь между параметрами ядерной магнитной релаксации и структурными и сорбционными характеристиками УА. Дан анализ системы углеродный адсорбент—вода.

Практическая ценность работы. Показана возможность использования метода ЯМР для экспресс-контроля структурных и термодинамических характеристик системы углеродный адсорбент—вода. Разработанные методы могут использоваться как в практике НИР и в учебном процессе, так и в теории и практике производства углеродных адсорбентов и материалов на их основе.

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ВЫВОДЫ.

1. Разработан и предложен способ определения количества адсорбционных центров в углеродных адсорбентах на основе импульсного метода ЯМР. Обнаружена возможность определения ПАЦ в порах размером, соизмеримым с диаметром молекулы воды.

2. С помощью импульсного метода ЯМР исследовано изменение структуры углеродных адсорбентов при температурных воздействиях. Показано, что при 300—400°С происходит практически полная десорбция воды из УА, а при 500 °C начинается разрушение поверхностных функциональных групп с выделением СО и С02.

3. Установлена зависимость между параметрами ядерной магнитной релаксации и структурой углеродных адсорбентов. Найдено, что величина времени спин—спиновой релаксации для УА определяется содержанием первичных адсорбционных центров.

4. При определении термодинамических параметров системы углеродный адсорбент—вода установлено, что величины энергии активации, энтальпии и энтропии адсорбции прямопропорциональны количеству первичных адсорбционных центров и обратнопропорциональны радиусу пор.

5. Термическая и химическая обработка углеродных адсорбентов приводит к изменению их структурных и сорбционпых свойств. При увеличении температуры и концентрации МаОН наблюдается рост количества первичных адсорбционных центров, радиусов и объемов пор, возрастает сорбирующая способность углеродных адсорбентов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. М.М. Поверхностные химические соединения и их роль в явлениях адсорбции.-М.: Р1зд-во МГУ, 1957, — с.9−33.
  2. И.А. Окисленный уголь. Киев.: Наукова думка, 1981, — с. 198.
  3. Д.Н. Адсорбция и адсорбенты. М.: Наука, 1976.- вып. 4., с. З1 л
  4. JI.A., Шурмовская H.A., Бурштейн Р. Х. // Кинетика и катали з1963. т.4., № 1, с. 143−148.
  5. E.G., Стражеско Д. Н., Гоба В. Е. Адсорбция и адсорбенты. М.: Наука, 1974, — вып.2, с. 36−39.
  6. И.А. Автореферат дис. доктора хим. наук. Киев. 1981.- 32 с.
  7. И.А., Гоба В. Е., Томашевская А. Н. Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности.-М.: Наука, 1983.- с.205−222.
  8. И.А. Адсорбция и адсорбенты. М.: Наука, 1974, — вып.2, с.10−14.
  9. И.А., Гоба В. Е., Томашевская А. Н. // Химия твердого топлива, — 1982. № 4, с.99−102.
  10. И.А., Гоба В. Е., Томашевская А.Н.// Украинский химический журнал,-1991. т.57, № 5, с, 480−484.
  11. П.Тарковская И. А., Ставицкая С. С., Козуб Г. М., Завьялов А. Н. /./ Украинский химический журнал.- 1983. т.40, № 7, с. 719−723.
  12. И.А., Томашевская А. Н. Адсорбция и адсорбенты. М.: Наука, 1984.- вып. 12, с.7−12.
  13. Тарковская PIA., Томашевская А. Н., Байденко В. И. // Украинский химический журнал,-1992. т.58., № 2, с.155−160.1. Л-Л
  14. Стражеско Д. IL, Скрипник З. Д., Червяцова JI.JI. // Доклады АН СССР, 1964. т.155, Щ, с. 168−170.
  15. З.Д. П Доклады АН СССР.- 1964. № 5. с, 609−612.
  16. З.Д., Стражеско Д. Н. Теория ионного обмена и хроматографии.
  17. М.:Наука, |968, с.32-^6. fr
  18. Д.Н., Скрипник З. Д., Тарковская И. А. Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности. -Пермь, 1990, — ч.1, с.110−125.
  19. С.С., Тарковская И. А. // Катализ и катализаторы, — 1984. вып.1, с.46−50.
  20. A.A., Ставицкая С. С. Тарковская И.А. // Катализ и катализаторы.-1992. вып.28, с.44−48.
  21. В.И., Ставицкая С. С., Стрелко В. В. Энтеросорбция: состояние, проблемы и перспективы применения. Киев: Наукова Думка, 1993 — 67 с.
  22. И.А., Лукьянчук В. М., Ставицкая С. С., Шпота Г. П. // Катализ и катализаторы.- 1985. вып.23, с.58−61.
  23. С.С., Тарковская И. А., Захалявко Г. А., Гороховатская Н. В. // Химия и технология воды, — 1989. т.11.,№ 11, с.982−985.
  24. И.А., Лукьянчук В. М., Ставицкая С. С., Тарковская Г. В. // Химия и технология воды, — 1993. т. 15, .№ 7−8, с.578−584.
  25. И.А., Ставицкая С. С., Петренко Т. П. Адсорбция и адсорбенты,— М.: Наука, 1979, — вып.7, с.3−7.
  26. A.A., Ставицкая С. С., Тарковская И. А. // Катализ и катализаторы.-1992. вып.28, с.48−53.
  27. С.К., Вартанова A.B. // Журнал прикладной химии, — 1994. .№ 7, с.1080−1085.
  28. Н.Ф., Туник Т. А. Изоморфизм и твердые растворы в химии и технологии силикатов. Л.: Изд-во ЛТИ им. Ленсовета, 1984, — 90 с.
  29. И.А., Калашникова Е. В., Ковалева Н. В. и др. Адсорбционные свойства активных углей полученных из карбидов циркония и молибдена и ацетиленовой сажи, модифицированной пироуглеродом // Журнал физической химии, — 1991. т.65, .№ 11, с.3011−3018.
  30. A.B., Яшин Я. И. Газо-адсорбционная хроматография. М.: Наука, 1967.-250 с.
  31. Н.Ф., Ивахнюк Г. К., Самонин В. В. /У Журнал прикладной химии, — 1981. .№ 11., с. 1534−1538.
  32. Н.Ф., Ивахнюк Г. К., Бабкин О. Э. // Журнал прикладной химии.-1992. № 6, с.427−432.
  33. В.А., Карнаухов А. П., Тарасова Д. В. Физико-химические основы синтеза оксидных катализаторов. Новосибирск: Наука, 1978.-254 с.
  34. Н.Ф., Ивахнюк Т. К., Бабкин О. Э. /У Журнал прикладной химии. -1990. № 4, с. 345−351.
  35. М.М. // Известия АН СССР. Сер.хим. М: 1981. № 1, с 9−23.
  36. A.A., Галкин В. А., Тынкасов С. А. Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности. -М.: Наука, 1983. с.299−311.
  37. М.М. Адсорбенты: их получение, свойства и применение. -JT, 1985.-340 с.
  38. М.С. / Под. ред. М. Г. Слинько, — М.: Наука, Сиб.отд., 1973, — 200 с.
  39. И.Л., Шульман Н. В., Коган B.C., Бреславец К. Г. /У Химия и технология топлива, — 1974. № 3, с.37−47.
  40. Jasienko S., Bieganska С. Biennial Conference on Carbon. Pittsburg, Pensilvania, 1975, — p.275−276.
  41. A.B. Молекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии. -М.: Высшая школа, 1986.-180 с.
  42. Т.В., Киселев A.B., Ковалева Н. В. // Коллоидный журнал. -1974. т.36, с. 133.
  43. A.C., Бавер А. И., Сидоров Н. М. и др. // Успехи химии. 1965. т.34, с.ЗЗ.
  44. М.М. Адсорбция и пористость. М.: ВАХЗ, 1972, — 260 с.
  45. Т.В., Киселев A.B., Ковалева II.В., Рябухина М. Г. // Коллоидный журнал, 1979. т.41, с. 528.
  46. И.А., Киселев A.B., Яшин Я. И. // Журнал физической химии. -1974. т.48, с. 1288.
  47. И.А., Киселев A.B., Яшин Я. И. Удерживаемые объемы и теплоты адсорбции неорганических и углеводородных газов на углеродном молекулярном сите // Журнал физической химии. 1974. № 5, с. 1285−1287.
  48. Л.Н. и др. Влияние аммиака на адсорбцию криптона и ксенона углем СКТ-М /7 Журнал физической химии. 1975. № 6, с. 14 971 503.
  49. A.B. и др. Хроматография газов на графитированной саже при низких температурах /7 Журнал физической химии. 1973. № 8, с.2125−2127.
  50. Н.Т., Зорин А. Д. Исследование адсорбции летучих водородных соединений на активных углях // Журнал физической химии. 1976. № 1. с. 180−183.
  51. В.Н. Радиационно-пролонгированная адсорбция активными углями из водных растворов // Журнал физической химии. 1980. № 10, с. 2557−2561.
  52. В. В. и др. Спектры протонного магнитного резонанса незамерзающей воды в сферических углеродных адсорбентах // Журнал физической химии. 1988. № 9, с. 2545−2546.
  53. Г. Н. и др. Адсорбция хлорпрена на углеродных адсорбентах. I. // Журнал физической химии. 1974. № 1, с.162−164.
  54. Г. Н. и др. Адсорбция хлорпрена на углеродных адсорбентах… /7 Журнал физической химии. 1974. № 5, с. 1255−1256.
  55. Г. И., Киселев А.В «Адсорбция ацетонитрила вблизи критической температуры монослоя на графитированной саже // Журнал физической химии. 1972. № 1, с.214−216.
  56. A.B. и др. Влияние структуры углей на адсорбцию красителей // Журнал физической химии. 1983. № 5, с. 1461−1466.
  57. Е.П. Адсорбция этилена углеродными материалами // Журнал физической химии. 1989. № 5, с. 1273−1278.
  58. И.В. Адсорбция изопрена углеродными материалами /./ Журнал физической химии. 1988. № 6, с.1669−1671.
  59. Л.Д., Киселев A.B., Ковалева Н. В. Абсолютные величины удерживаемых объемов, теплоты, энтропии адсорбции различных молекул на графитированной саже /7 Журнал физической химии. 1967. № 6, с. 1494−1501.
  60. A.B., Петов Г. М., Щербакова К. Д. Газохроматографическое исследование адсорбции и разделения терпенов на графитированной саже // Журнал физической химии. 1967. № 7, с. 1418−1426.
  61. В.П. и др. Исследование сорбции непредельных углеводородов на активных углях методом жидкостной хроматографии // Журнал физической химии.-! 981. № 2, с.400−403.
  62. И.А. и др. О некоторых особенностях сорбции катионов металлов избирательным катеонитом—окисленным углем // Журнал физической химии. 1972. № 8, с.2126−2127.
  63. И.А. и др. Ионообменные свойства углей, окисленных различными окислителями // Журнал физической химии. 1972. № 8, с.2128−2130.
  64. О.Я. О механизме поглощения ионов железа окисленным углем БАУ // Журнал физической химии. 1980. № 1, с.175−179.
  65. Г. И., Атякшева Л. Ф., Взаимодействие активных углей с озоном при повышенных температурах // Журнал физической химии. -1979. № 11,с.2776−2781.
  66. П.Ф., Ивлева Г. А. О взаимодействии в водных растворах активного хлора и фенола, сорбированных на активном угле // Журнал физической химии. 1976. № 8, с.2084−2087.
  67. Т.И. и др. Адсорбция растворенных веществ в супер- и узких микропорах активных углей П Журнал физической химии. 1980. № 3, с.741−743.
  68. A.B. и др. Измерение плотности 2,4-дибромфенола, алсорбированного на активных углях /7 Журнал физической химии. -1983. № 1.1, с.2891−2894.
  69. A.A., Глущенко В. Ю. Дифференциальные теплоты и энтропии адсорбции некоторых производных бензола из их водных растворов на графите /У Журнал физической химии. 1976. № 8, с.2080−2084.
  70. В.Ф., Храм чихи па Г.И. Влияние пористой структуры на адсорбцию м-трифторанилина из водных растворов // Журнал физической химии. 1979. № 9, с.2362−2363.
  71. A.B. и др. Исследование механизма заполнения микропор активных углей при адсорбции растворенных в воде органических веществ //Журнал физической химии. 1982. № 5, с. 1221−1225.
  72. A.B. и др. Анализ адсорбции органических веществ непористой сажей из водных растворов в рамках концепции слоя постоянной толщины // Журнал физической химии. 1986. № 8, с. 19 901 993.
  73. A.B. и др. Влияние погрешности в определении удельной поверхности стандартного образца на результаты расчета структурно-сорбционных характеристик активных углей // Журнал физической химии. 1986. № 8,с.1993−1996.
  74. А.В. и др. Адсорбция растворов микропорами углеродных адсорбентов // Журнал физической химии. 1986. № 9, с.2241−2247.
  75. Н.Ф., Яцевская М. И. Исследование структуры и свойств титаноуглей // Журнал физической химии. 1970. № 1, с.189−194.
  76. Д.В. Объемные эффекты при адсорбции альбумина углеродными адсорбентами /У Журнал физической химии. 1989. № 9, с.2507−2509.
  77. Т.А. Неравновесный характер адсорбции белков на пористых углеродных адсорбентах У/ Журнал физической химии. 1990. № 10, с, 2864−2867.
  78. Н.А., Берек Д., Новак И. Адсорбция и хроматография органических соединений на поверхности углеродных адсорбентов /У Журнал физической химии. 1989. № 10, с.2675−2678.
  79. М.М. Современное состояние ТОЗМ при адсорбции газов и паров на углеродных адсорбентах // Журнал физической химии. 1965. № 5, с. 1305−1318.
  80. М.М. Новое в области физической адсорбции паров микропорами адсорбентов // Журнал физической химии. 1987. № 5, с. 1257−1262.
  81. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. / Под. ред. Линсена. Пер. с англ.- М.: Мир, 1973. -280 с.
  82. И.А. и др. Температурная инвариантность характеристических кривых адсорбции и микропористая структура углеродных адсорбентов У/ Журнал физической химии. 1981. № 9, с.2357−2364.
  83. В.В. и др. Влияние на плотность адсорбата стерических ограничений и адсорбцошюго сжатия при предельном заполнении цилиндрических и щелевидных пор /У Журнал физической химии. 1975. № 9, с. 2370−2374.
  84. Д.П., Петрушина Л. К. Испарение жидкостей из макропор активных углей в окружающую среду, насыщенную парами данной жидкости //Журнал физической химии.- 1975. № 3, с.638−642.
  85. М.М. и др. Особенности пористой структуры активных углей, полученных различными методами /У Журнал физической химии. 1965. № 5, с, 1198−1206.
  86. Ч. Основы теории магнитного резонанса. Пер. с англ., М.: Мир, 1967.-c.17.
  87. А., Маклечлан Э. Магнитный резонанс и его применение в химии. Пер. с. англ. М.:Мир, 1970.-448 с.
  88. Ядерный магнитный резонанс: Учеб. пособие/ Под ред проф. Бородина П.М.-Л.: Изд-во ЛГУ, 1982.-344 с.
  89. A.A., Пронин И. С. Ядерная магнитная релаксация и ее применение в физической химии. М.: Наука, 1972.-262 с.
  90. У., Меринг М. ЯМР высокого разрешения в твердых телах. Пер с англ. М.: Мир, 1980.-504 с,
  91. В.И. Ядерная магнитная релаксация: Учеб. пособие.-Л.: Изд-во ЛГУ, 1991.-256 с.
  92. A.A., Пронин И. С. Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия. М.: Энергоатомиздат, 1986.-232 с.
  93. Т., Беккер Э. Импульсная и Фурье-спектроскопия ЯМР. Пер. с англ. М.:Мир, 1973.-164 с,
  94. В.В., Лебовка Н. И. Спектроскопия ЯМР воды в гетерогенных системах. Киев.: Наукова Думка. 1988.-с.66−79.
  95. A.A. Магнито—релаксационный метод анализа неорганических веществ. М.: «Химия», 1978.-220 с. 96.3ахарченко Т-А. Ядерная магнитная релаксация жидкостей в пористых средах. Казань, 1984 — 285 с.
  96. Р. ЯМР в одном и двух измерениях. Пер. с англ. М: Мир, 1990.450 с.
  97. С.П. ЯМР в неорганической химии. М.: Наука, 1988, — 230 с.
  98. Л .А., Ермаков А. Н. Спектроскопия ЯМР в неорганическом анализе. М.: Наука, 1989. — 255 с.
  99. М.М., Серпинский В. В. К вопросу об уравнении изотермы адсорбции паров воды на активных углях // Доклады АН СССР.-1954,-т.99, № 6.-с.1033−1036.
  100. Патент № 2 154 267, Россия, МКИ 7 G 01 N 24/08. Способ определения числа активных центров углеродных адсорбентов / Гогелашвили Г. Ш., Ладычук Д. В., Грунин Ю. Б., Вартапетян РЖ- № 99 116 808/28., Заяв.. Опубл. 10.08.2000. Приоритет 30.07.1999.
  101. Д.В., Гогелашвили Г. Ш., Грунин Ю. Б. Исследование влияния температуры на состояние активной поверхности углеродныхадсорбентов.// Тр. науч. конф. МарГТУ. Йошкар-Ола. 2000. Деп. в ВИНИТИ.
  102. С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984.-c.208.
  103. С.П., Лундин AT. Внутренняя подвижность в твердом теле. -Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1986.-176 с.
  104. Ю.Б. Анализ системы целлюлоза—вода модифицированными методами магнитного резонанса: Диссертация д.х.н, — Йошкар-Ола, 1988.-444 с.
  105. Я.И. Курс физической химии. М.:Л.: Химия, 1964, — т.1, 624 с.
  106. Ю.Б. Исследование форм и энергии взаимодействия воды с компонентами бумажной массы / МНИ, — Йошкар-Ола, 1984.-62 с.
  107. Н.И. Химия древесины. М.-Л.: Изд. АН СССР. 1951 .-с.529−530.
  108. Р.Ш. Адсорбция молекул воды и трансляционная подвижность молекул воды и органических веществ в углеродных адсорбентах. Дисс.докт.хим.наук. М., 1995.-283 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!