автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Получение и исследование свойств активированных углеродных волокнистых материалов с различной пористой структурой

На правах рукописи

Мухина Ольга Юрьевна

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С РАЗЛИЧНОЙ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

Специальность 05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2003

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Лысенко Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Перепелкин Кирилл Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Самонин Вячеслав Викторович

Ведущее предприятие: РУП «СПО «Химволокно»,

г. Светлогорск (Беларусь)

Защита состоится «30» декабря 2003 г. в 12 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.236.01 при Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна в аудитории 241. Адрес: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.

Автореферат разослан «28» ноября 2003г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Е. Рудин

2оо?-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди активированных углеродных материалов волокнистые материалы являются перспективными адсорбентами, характеризуются развитой и риулируемой в широких пределах пористостью, высокими внешней и внутренней удельными поверхностями, сочетанием в одном материале фильтрующих и высоких сорбционно-кинетических характеристик; удовлетворительной прочностью; термической и радиационной стойкостью. Наличие различных текстильных форм 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, актуальным является поиск новых параметров процесса получения на основе гидратцеллюлозных волокон эффективных сорбентов, обладающих оптимальным соотношением микропористой (мезопористой) структуры и прочностных характеристик.

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.

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).

Цели и задачи работы. Основной целью настоящей работы явилось исследование процессов получения активированных углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозы и полиоксадиазола, обеспечивающих регулирование пористой структуры и свойств активированных углеродных волокнистых материалов в широких пределах, для достижения эффективной сорбции из растворов ионов металлов, а также крупных органических молекул.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

исследование процессов карбонизации и активации исходного сырья из гидратцеллюлозы и полиоксадиазола, позволяющих получать активированные

углеродные волокнистые материалы с заданными физико-механическими и сорбционными характеристиками;

исследование в идентичных условиях структуры, химических свойств поверхности и физико-механических свойств полученных сорбентов в сравнении с промышленно - выпускаемыми образцами активированных углеродных волокнистых материалов;

исследование процессов адсорбции из растворов, разработанными сорбентами, ионов металлов, на примере ионов хрома, а также красителя метиленового голубого, как модельного сорбтива по отношению к крупным органическим молекулам.

Научная новизна работы:

установлена взаимосвязь параметров активации и предшествующей ей термообработки гидраьцеллюлозных волокон, с параметрами пористой структуры материалов, обуславливающая получение микропористых сорбентов с максимальными прочностными характеристиками;

впервые осуществлена активация углеродных волокнистых материалов на основе нового вида углеродсодержащего сырья - полиоксадиазолъных волокон, выявлены закономерности процесса активации;

на основе изучения закономерностей сорбции активированными углеродными волокнистыми материалами ионов трехвалентного и шестивалентного хрома, предложен механизм взаимодействия ионов хрома с поверхностью активированных углеродных волокнистых материалов;

установлены зависимости сорбционно-кинетических свойств ряда активированных волокон от параметров их пористой структуры (на примере сорбции молекул красителя метиленового голубого).

, Практическая значимость и реализация результатов исследования: на основе проведенных исследований предложены процессы получения высокоэффективных микропористых сорбентов на основе гидратцеллюлозного волокна, обладающих высокой удельной поверхностью и прочностью;

разработаны способы получения активированных углеродных волокнистых материалов на основе нового вида прекурсора - полиоксадиазольного волокна;

показана возможность эффективного использования активированных углеродных волокнистых материалов при сорбции ионов хрома, а также молекул красителя метиленового голубого;

проведена апробация новых технологических режимов получения акшвированных углеродных волокнистых материалов и наработка опытных партий в производственных условиях (РУП «СПО«Химволокно», г. Светлогорск, (Беларусь)).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на II Белорусской научно-практической конференции «Научно-технические проблемы развития производства химических волокон в Беларуси», (Минск, 2001), на VII Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, модифицирования поверхности и разделения веществ» (Москва - Клязьма 2002), на конференции The 3rd Pacific Basin

Conference on Adsorption Science and Technology (Kyongju, Korea, 2003), на VIII • . . 4

Vs -

VK

Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах» (Москва -Клязьма, 2003).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 7 печатных работ, получено 2 патента, а также поданы 2 заявки на предполагаемые изобретения (на одну из которых получено решение о выдаче патента).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка лигературы, содержащего 216 наименований, и приложений. Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 39 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Литературный обзор. На основе обобщения литературных сведений в области получения и использования активированных углеродных волокнистых материалов (АУВМ) обоснована актуальность проведения исследований, сформулирована цель и основные их задачи.

2 Объекты и методы исследования

Для получения углеродных волокнистых материалов (УВМ) и АУВМ в качестве исходного сырья использовали текстильные материалы из гидратцеллюлозных (ГЦ) и полиоксадиазольных (ПОД) нитей. В работе исследовали УВМ и АУВМ, полученные по разработанным соискателем режимамз а также АУВМ на основе фенолформальдегидных (ФФ) волокон фирмы «AMERICAN KYNOL, INC».

Параметры пористой структуры АУВМ рассчитывали на основании анализа изотерм адсорбции ацетона, измеренных на вакуумной установке с кварцевыми пружинными весами Мак-Бена-Бакра, результаты обрабатывали с использованием уравнений и положений теории объемного заполнения микропор (ТОЗМ), а также теории полимолекулярной адсорбции БЭТ. Для изучения структуры АУВМ использовали методы растровой электронной спектроскопии (JSM - 35С Hitachi, Япония). Сорбцию металлов характеризовали путем измерения исходной и остаточной концентрации металлов в растворе с помощью атомно-абсорбционного анализа на приборе Spectr АА 110 Varían (Австралия). Исследование АУВМ, до и после сорбции ионов хрома, с целью установления сорбируемых форм хрома произведено методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) на спектрометре РШ-5400 (Perkin-Elmer). Испытания физико-механических характеристик УВМ и АУВМ проводили на универсальной измерительной установке Instron 1122.

3 Разработка параметров процесса получения активированных углеродных материалов

Получение активированных углеродных волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон.

Для получения АУВМ проводили активацию водяным паром при температуре 800°С углеродных волокнистых материалов, полученных при термообработке ГЦ в интервале конечных температур термообработки

(КТТО) 700 - 1500°С. Закономерности изменения прочности, общего объема пор и доли микропор для АУВМ с возрастающими степенями активации, представлены на рисунке 1.

25

» о 20- & *

*■! 15-

9

5 £ о

X *

Л

5 П

К-

§ I г 10'

И* 5-

а)

1000 1200 1400 1600 КТТО. 'с

0,7

п!м

! 11 °'5 и Г'

о 8 | 0,3

& ,

600 800 1000 1200 1400 1600 КТТО, "С

б)

1000 1200 1400 КТТО, »с

В)

Рисунок I — Зависимость прочностных характеристик (а), общего объема пор (б) и содержания микропор (в) АУВМ от КТТО ГЦ волокон (при степенях активации: 1 - 30 %; 2-50 %; 3-55 %)

Показано, что с увеличением степени активации происходит последовательное снижение прочности АУВМ, что связано с изменением пористой структуры, а также с увеличением внутренних дефектов.

Активация УВМ, полученных с КТТО 700 - 800°С (ниже температуры активации), сопровождается двумя конкурирующими процессами - упорядочиванием структуры, связанным с увеличением КТТО, и деструкцией, связанной с выгоранием материала в результате взаимодействия с активирующим агентом. Вероятно, для таких образцов характерно, в большей степени, протекание процесса структурообразования, приводящего к уплотнению и упорядочиванию, что обуславливает незначительное отличие их прочностных характеристик от характеристик исходных УВМ.

Для образцов с КТТО выше 1000°С в большей степени характерны деструктивные процессы, затрагивающие уже сформированные на стадии карбонизации структуры, о чем свидетельствует более значительное снижение прочностных характеристик активированных материалов, при низких степенях активации, по сравнению с исходными углеродными материалами.

Как показали исследования, наибольшей прочностью обладают УВМ с КТТО 1000 - 1200°С. Высокая прочность наблюдается и у активированных

материалов, полученных на их основе, даже при высоких степенях активации. АУВМ, полученные на основе УВМ с КТТО выше 1200°С, обладают меньшей прочностью, чем АУВМ, полученные на основе УВМ с КТТО 1000 - 1200°С.

Значение общего объема сорбционного пространства, независимо от КТТО исходных ГЦ материалов, максимально для образцов со степенью активации 55 %. Для всех степеней активации сохраняется тенденция к увеличению общего объема пор при увеличении КТТО, при чем значения общего объема пор образцов с КТТО до 1000 - 1100°С постепенно увеличиваются, а при больших КТТО остаются практически неизменными. При взаимодействии таких волокон с активирующим агентом наблюдаются два процесса: с одной стороны, образуется небольшой объем микропор, а с другой - в результате химического взаимодействия углеродного полимера с окислителем, вскрываются крупные закрытые полости, которые имеются в высокотемпературных углеродных волокнах.

Зависимость содержания микропор от КТТО имеет экстремальный характер с максимальным значением при КТТО 1100°С. При данной температуре, за счет максимально плотной и упорядоченной структуры углеродного остатка, образованной в процессе термообработки (о чем свидетельствуют данные по прочностным характеристикам), при всех степенях активации доля микропор стремится к 100 %.

Таким образом, варьируя конечной температурой термообработки и временем активации, можно получать АУВМ с широким спектром сорбционных и физико-механических характеристик.

Получение активированных углеродных волокнистых материалов из полиоксадиазольных волокон.

Исследование процесса термообработки ПОД показало, что данные материалы могут быть эффективно карбонизованны в интервале температур 700 - 2200°С с образованием пековых остатков волокнистой структуры, с содержанием углерода до 98 %. Свойства УВМ приведены в таблице 1. Установлено, что с увеличением КТТО выход УВМ снижается. В процессе термообработки происходит упорядочивание структуры углеродного филамента, растет линейная плотность нити и увеличиваются прочностные характеристики материала. Электрическое сопротивление УВМ снижается с ростом КТТО, и достигает- значений менее 0,35 Ом*м при температурах выше 1000°С, что позволяет рекомендовать такие материалы к использованию в качестве токопроводящих элементов.

Экспериментально показано, что образцы с КТТО ниже 1500°С при активации, в среде водяного пара, при температуре 800°С, разрушаются или полностью сгорают. Углеродные материалы с КТТО 1500 С и выше, могут быть проактивированны, и на их основе получаются эффективные АУВМ. Процесс активации УВМ с КТТО выше 2000°С затруднен в силу плотности структуры углеродного филамента.

Свойства АУВМ, полученных при активации УВМ с КТТО 1500°С, представлены в таблице 2.

Показано, что для АУВМ на основе ПОД в процессе активации характерна большая потеря массы, но при этом объем сорбционного пространства увеличивается незначительно (по сравнению с аналогичными показателями для АУВМ на основе ГЦ волокон). Очевидно, потеря массы связана, в большей степени, с поверхностным обгаром образцов, чем с порообразованием.

Таблица 1

- Зависимость свойств углеродных волокнистых материалов от условий карбонизации

Материал КТТО, °С Выход углеродного материала, % Прочностные характеристики Удельное электрическое сопротивление, Ом*м Элементный состав материала

линейная плотность нити, текс относительная разрывная нагрузка нити, сН/текс удлинение нити (основа), % С.% Н,% К0/» 0,% Зола.%

УВМпод-71 700 54 54 19 2.8 11.05 _ - - - -

УВМпод-10 1000 44 57 22 2.5 10.46 86.4 1.9 8.5 3.2 05

УВМпод-15 1500 40 64 29 2.4 0.31 94.7 1.7 2.1 1.5 нет

УВМпод-22 2200 39 72 29 2.3 0.30 98.1 0.9 0.5 1.0 нет

Примечание: 1 - цифра в обозначении - индекс, крагаый конечной температуре термообработки.

Таблица 2 - Влияние времени активации на свойства активированных материалов

Материал Условия активации С ха орбционные эактеристики Элементный состав Прочностные характеристики Электрические характеристики

время активации, мин потеря массы (степень активации), % V«,2, см3/г СЕмг, мг/г, 20мин (24ч) САпо йоду4, % С, % Н,% К, % 0,°/< линейная плотность нити,текс относительная разрывная нагрузка нити, сН'текс удельное электрическое сопротивление Ом*м зарядная емкость, Ф/см2

АУВМпод-15.1' 6 30 0.12 70 (80) 14 90.4 0.8 1.7 5.9 46 27 0.96 6.3

АУВМпод-15.2 12 46 0.16 82 (90) 19 91.0 0.6 1.7 6.7 41 26 0.45 12.5

АУВМпод-15.3 15 58 0.24 100(150) 34 90.5 0.5 1.5 7.5 38 24 0.63 25.8

АУВМпод-15.4 22 69 0.26 114(178) 50 90.3 0.5 1.2 8.0 36 10 0.87 33.6

Примечания: 1 - первая цифра в обозначении - индекс, кратный конечной температуре термообработки;

2- общий объем сорбционного пространства по сорбции паров бензола;

3 - сорбционная емкость по красителю метиленовому голубому;

4 - сорбционная активность по йоду.

Сравнивая данные элементного анализа УВМ и АУВМ, можно предположить, что на удаление из структуры волокон атомов азота, в большей степени, оказывает влияние температура термообработки, чем собственно активация. Это в свою очередь, позволяет сделать вывод о том, что упорядоченные области АУВМ в большой степени обогащены азотом. При активации в структуре увеличивается содержание кислорода, что свидетельствует об активном окислении поверхности материала.

Интересно отметить, что активация, вплоть до степеней 56 - 58 %, не приводит к резкому снижению прочностных характеристик волокон. Выявленная особенность может быть связана с тем, что процесс активации не сопровождается разрушением структурных элементов и межструктурных связей данного типа углеродных волокон, а лишь приводит к вскрытию уже существующих пор, образовавшихся при термообработке.

Разработанные АУВМ, на основе ПОД, способны накапливать на своей поверхности значительный электрический заряд, что позволяет рекомендовать их в качестве материалов при изготовлении литиевых аккумуляторов.

Структурные и сорбционные характеристики АУВМ были оценены по сорбции бензола, метиленового голубого (МГ), йода (таблица 2).

Период полусорбции МГ равен 30 мин, однако полное сорбционное равновесие достигается за 24 ч. Незначительная разница (до 25 %) между величиной адсорбции в начальный период сорбции и величиной равновесной сорбции может свидетельствовать о равномерности распределения пор по размерам.

Поверхность разработанных АУВМ заряжена положительно (рН водной вытяжки 9,4 - 9,8). Содержание анионообменных групп достигает 0,75 ммоль/г, содержание катионообменных не превышает 0,05 ммоль/г, что связано с высокими температурами термообработки и с наличием в их структуре значительного количества атомов азота.

О достаточно плотной структуре углеродных волокон на основе ПОД свидетельствуют и микроскопические исследования. На поверхности этих волокон даже при степенях активации 50 - 58 %, отсутствуют макропоры, отчетливо видимые на поверхности АУВМ на основе ГЦ.

Исследованы некоторые закономерности сорбции Аи(1) и Сг(У1) АУВМ на основе ПОД. Данные приведены в таблицах 3,4.

На скорость и величину адсорбции, как ионов золота, так и ионов хрома, влияет пористая структура сорбентов. Максимальные значения величин адсорбции этих ионов были достигнуты на АУВМпод-15.4, обладающем максимальным объемом сорбционного пространства (0,26 см3/г).

Скорость адсорбции золота из цианидных растворов несколько ниже, чем скорость адсорбции золота из хлоридных растворов.

Данные по адсорбции ионов хрома свидетельствуют, о том, что увеличение кислотности растворов существенно влияет на величину сорбции. Максимальное значение величины сорбции (116 мг/г) наблюдается при извлечении хрома из раствора с рН 2. Выявлено существенное влияние на скорость и величину адсорбции ионов хрома содержания ионогенных групп в АУВМ. Так, для образцов

АУВМпод-15.3 и АУВМпод-15.4, обладающих близкими значениями величины объемов сорбционного пространства, но существенно отличающихся содержанием анионных сорбционно-активных центров (0,45 и 0,75 ммоль/г, соответственно), предельные величины сорбции отличаются почти в два раза.

Таблица 3 - Сорбция ионов золота

Материал Условия: сорбция золота из хлоридных растворов (р-р НАиСЦ 4Н?0 в 0,1м НС1) с исходной концентрацией по металлу - 1040 мг/л Условия: сорбция золота из цианидных растворов с исходной концентрацией по металлу - 4,4 мг/л, по ЫаСЫ --0,49 г/л

время полусорбции, мин величина сорбции, мг/г степень извлечения, % время полусорбции, мин величина сорбции, мг/г степень азвлечения, %

АУВМпод-15.2 20 30 15 25 2.0 45

АУВМпод-15.4 15 100 40 30 3.5 80

Примечание - во всех экспериментах соотношение- раствор-сорбент составило 1000/1; температура 20°С

Таблица 4 - Сорбция ионов хрома

Материал Условия: сорбция хрома(У1) из растворов К2&2О7 с рН 4, с исходной концентрацией по металлу - 200 мг/л Условия: сорбция хрома(У1) из растворов К2СГ2О7 с рН 2, с исходной концентрацией по металлу - 200 мг/л

время полусорбции, мин величина сорбции, мг/г степень извлечения, % время полусорбции, мин величина сорбции, мг/г степень извлечения, %

АУВМпод-15.2 30 15 8 25 56 ' 28

АУВМпод-15.3 20 22 11 15 72 36

АУВМпод-15.4 15 33 17 10 116 58

Материалы, полученные на основе нового вида углеродсодержащего сырья проявляют удовлетворительные сорбционные характеристики в процессах сорбции ионов золота и хрома, и могут бьпъ рекомендованы для выделения таких металлов из растворов (в том числе в аналитических целях), а также для создания каталитически активных материалов.

4 Исследование пористой структуры и свойств поверхности активированных углеродных волокнистых материалов

Исследована пористая структура АУВМ на основе ГЦ, изготовленных с использованием разработанных параметров процесса получения (глава 3), а также АУВМ на основе ФФ. Основные адсорбционно-структурные характеристики, рассчитанные на основании анализа изотерм адсорбции ацетона, с использованием положений теории объемного заполнения микропор (ТОЗМ), приведены в таблице 5.

Для образцов АУВМгц-7.1, АУВМгц-7.2, АУВМгц-7.3 (КТТО 700°С) общий объем сорбционного пространства (Уо, см3/г) практически пропорционален степени активации образца. Характерной особенностью является то, что при степени активации более 50 %, в результате разрушения ранее образовавшихся микропористых структур, существенно увеличивается доля мезопор (Умс). Об этом

же свидетельствует и увеличение полуширины микропор (х, нм). У образцов с КТТО 1300°С наблюдается более плавное изменение суммарного объема пор при изменении сгепени активации. Однако мезопористые структуры образуются в большей степени (полуширина микропор при всех степенях активации значительно выше), чем для образцов с КТТО 700 С.

Таблица 5 - Адсорбционно-структурные характеристики материалов

Материал Степень активации, % Б, м2/г У0, см3/г V», см3/г Уме, см3/г x, нм

АУВМгц-7.1' 30 770 0.30 0.27 0.03 0.34

АУВМгц-7.2 50 1170 0.52 0.40 0.12 0.34

АУВМгц-7.3 55 1190 0.60 0.42 0.14 0.42

АУВМгц-10 55 1150 0.63 0.60 0.03 0.53

АУВМгц-11 55 1270 0.64 0.64 0.0 0.50

АУВМгц-12 55 1070 0.64 0.55 0.09 0.51

АУВМгц-13.1 30 700 0.39 0.32 0.08 0.47

АУВМгц-13.2 50 790 0.53 0.41 0.12 0.52

АУВМгц-13.3 55 1050 0.64 0.50 0.15 0.67

АУВМфф-1 - 1140 0.40 0.40 0.0 0.38

АУВМфф-2 - 1260 0.60 0.60 0.0 0.47

АУВМфф-4 - 1300 0.66 0.66 0.0 0.51

Примечание: 1 - первая цифра в обозначении для АУВМгц - индекс, кратный конечной

температуре термообработки.

Практически полностью микропористые образцы удалось получить из УВМ с КТТО 1000 - 1200°С. Оказалось, что в образце АУВМгц-11 (КТТО 1100°С), даже при степенях активации 55 %, мезопоры не образуются. Весь общий объем сорбционного пространства образован микропорами с полушириной 0,5 нм.

У образца с КТТО 1000°С, при степени активации 55 %, количество мезопор составляет всего лишь 0,03 см3/г, а для образца с КТТО 1200°С, несмотря на то, что количество мезопор выше, 86% пористой структуры образованно микропорами.

В исследованиях, в качестве объектов сравнения, использовали углеродные материалы на основе ФФ волокон, поскольку они являются низкомодульными, как и волокна на основе гидратцеллюлозы, выпускаются в промышленных масштабах и на их основе производят именно микропористые сорбенты. В этой связи представляло практический и научный интерес сравнение структуры и свойств, разработанных в ходе исследований сорбентов со структурой и свойствами импортных аналогов.

Показано, что все исследованные АУВМ на основе ФФ оказались микропористые, но с различным содержанием общего объема сорбционного пространства, что, по-видимому, свидетельствует о различных степенях активации данных АУВМ. Как и в случае АУВМ на основе ГЦ, чем выше степень активации, тем выше характерный размер микропор, что подтверждает вывод о том, что

порисгая структура даже у микропористых сорбентов, при увеличении степени активации, развивается за счет уменьшения доли самых мелких пор.

Сравнивая структурные характеристики сорбентов с одинаковой удельной поверхностью, полученных на основе ГЦ и ФФ, следует отметить, что пористые структуры образцов АУВМгц-11 и АУВМфф-2 обладают близкими свойствами. Для сорбентов на основе ГЦ несколько выше характерный размер микропор. В образце АУВМгц-10 - значительно выше содержание микропор, чем в АУВМфф-1, к тому же, микропоры имеют меньшую полуширину.

Уместно отметить, что для образцов на основе ГЦ, при одинаковых степенях активации и практически одинаковом общем объеме сорбционного пространства (АУВМгц-10, АУВМгц-11, АУВМгц-12, АУВМгц-13.3), количество микропор (Уми), и их структурные характеристики отличаются, что еще раз подчеркивает роль КТТО в формировании пористой структуры этого типа сорбентов.

Сравнительный анализ физико-механических характеристик сорбентов на основе ГЦ и ФФ показал, что разработанные нами АУВМ превосходят по прочностным характеристикам АУВМ на основе ФФ волокон. Так, для близких по адсорбционно-структурным характеристикам АУВМгц-11 и АУВМфф-2, разрывная нагрузка нити составляет 10,8 и 1,3 сН/текс соответственно.

Все исследуемые АУВМ содержат два вида функциональных групп: кислого и основного характера, со значительным преобладанием последних. Так, содержание кислых поверхностных групп при разных температурах и степенях активации изменяется от 0,3 до 0,4 ммоль/г, в то время как содержание основных поверхностных групп изменяется от 0,5 до 0,9 ммоль/г.

Данные электронной микроскопии свидетельствуют, о том, что АУВМ на основе ФФ имеют более плотную, гладкую, бездефектную структуру поверхности, что может косвенно указывать на их микропористость. Расположение пор на поверхности АУВМ на основе ГЦ достаточно упорядочено вдоль волокна, что вероятнее всего, может быть связано с наличием у неактивированных волокон характерных борозд, обусловленных структурой исходного ГЦ волокна, которые сохраняются и в структуре углеродного волокна.

5 Исследование специальных сорбционных свойств активированных углеродных волокнистых материалов

Исследование адсорбции ионов металлов

Установлена принципиальная возможность сорбции ионов таких металлов как Сг(У1), Аи(1), Си(П), РЬ(П), №(П), Ре(Щ), из водных растворов некоторыми из разработанных АУВМ, а также одним из сорбентов на основе ФФ волокон (АУВМфф-2) (таблица 6).

Величина сорбции иона Ст(У1) для всех типов сорбентов оказалась выше, чем других металлов. Учитывая это, а также принимая во внимание важность извлечения ионов хрома из водных растворов с целью, как их очистки, так и с целью получения каталитически активных материалов проведено комплексное исследование закономерностей сорбции ионов Сг(У1) и Сг(П1).

Полученные результаты показывают, что скорость и полнота извлечения ионов хрома зависит от заряда и химических свойств поверхности АУВМ, от характера их пористой структуры, а также от иН рабочих растворов.

Таблица 6 - Сорбционные характеристики сорбентов по металлам

Материал Величина сорбции, ммоль/г, по ионам металлов

Au(I) Pb(II) Cr(VI) Cu(II) Ni(II) Fe(III)

АУВМгц-11 0.00964 0.00773 0.042 0.029 0.026 0.032

АУВМгц-7.3 0.00810 0.00749 0.040 0.019 0.017 0.022

АУВМфф-2 0.00964 0.00749 0.042 0.018 0.022 0.030

Примечания: сорбцию ионов Au(I) и Pb(II) проводили из растворов с концентрацией по металлу 0,02 ммоль/л;

сорбцию ионов Cr(VI), Fe(lII), Cu(II) и Ni(II) проводили из растворов с концентрацией 0,09 ммоль/л, во всех экспериментах: соотношение раствор-сорбент составило 500/1; время контакта - 24 ч; температура 20°С.

С увеличением количества анионо-активных сорбционных центров адсорбция ионов хрома возрастает. С увеличением доли микропор, а также с уменьшением их эффективного диаметра, величина и скорость адсорбции снижаются, а уменьшение рН рабочих растворов приводит к существенному росту сорбции. Максимальная величина сорбции (180 мг/r) наблюдается при адсорбции хрома из растворов с концентрацией 200 мг/г и рН 2 (время сорбции 48 ч). Наиболее эффективными оказались сорбенты АУВМгц-7.3 и АУВМгц-7.2. Величина сорбции на АУВМфф-2, в тех же условиях, составила 144 мг/г. Установлено, что образец, полученный окислением АУВМгц-7.2 концентрированной азотной кислотой в течение 24 ч, при температуре 20°С, сорбирует ионы Cr(VI) хуже, чем неокисленные аналоги.

Показано, что в процессе сорбции ионов Cr(VI), в раствор частично выделяются ионы Сг(Ш). Они, как, оказалось, могут быть сорбированы разработанными и изготовленными волокнами. Величина адсорбции достигает 9 мг/г (АУВМгц-7.3), равновесие устанавливается в течение 2 ч. Однако, наиболее эффективно ионы Сг(Ш) сорбируются окисленным сорбентом АУВМгц-7.2-ок. Величина сорбции составляет 20 мг/г.

Особенности кинетики адсорбции на волокнах различной структуры оценивали при адсорбции ионов Cr(VI) из растворов с исходной концентрацией 200 мг/л и рН 2. Результаты приведены на рисунке 2.

На основании полученных данных, установлено, что для образцов АУВМфф-2 и АУВМгц-7.2-ок наблюдается аномальная диффузия с латентным периодом. По-видимому, для образца АУВМфф-2, это связано с исключительно микропористой структурой, мало доступной для проникновения ионов хрома, а для образца АУВМгц-7.2-ок - с наличием на поверхности групп кислого характера, препятствующих закреплению в структуре ионов Cr(VI).

Для различных типов АУВМ рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии, которые составили для: АУВМгц-7.3 - 110,2x10"16 м2/с; АУВМгц-7.2 -61,8хЮ"'6 м2/с; АУВМгц-13.3 - 28,5х10'16 м2/с; АУВМгц-11 - 11,2х10 !6 м2/с; АУВМгц-7.2-ок - 6,1 х 10"16 м2/с; АУВМфф-2 - 3,8х 10"!6 м2/с.

Рисунок 2 -- Кинетические кривые сорбции ионов хрома в координатах: а/ао - "Л (а — величина сорбции в момент времени (I); ао - равновесная величина

сорбции)

Влияние концентрации на величину сорбции, в том числе при различных температурах, оценивали по изотермам адсорбции (рисунок 3,4).

На основании полученных данных рассчитаны термодинамические характеристики сорбции, результаты приведены в таблице 7.

а) " б)

Рисунок 3 - Изотермы сорбции ионов хрома (а) - различными образцами при температуре раствора 20°С, рН раствора 2 и времени контакта 24 ч; (б) -волокном АУВМгц-7.3 при различной температуре 20°С (1), 40°С (2), 60 С (3), а также 80°С (4), рН раствора 2, времени контакта 24 ч

Проведен расчет констант равновесия адсорбции (Кг) исследуемыми сорбентами. Как оказалось, численные значения этих констант намного выше единицы, что свидетельствует о селективности процесса сорбции ионов хрома. Значение Кг максимально для АУВМгц-7.3 и минимально для АУВМфф-2, что указывает на большее сродство материала АУВМгц-7.3 к ионам Сг(УТ), по сравнению с другими сорбентами. Об этом же свидетельствуют и более высокие абсолютные значения энергии Гиббса (ДО0). Увеличение температуры процесса адсорбции приводит к уменьшению ДО0 и энтропии (А8) системы. Отрицательные значения теплоты адсорбции (АНадс) указывают на экзотермический характер процесса - величина сорбции с увеличением температуры процесса снижается.

Таблица 7 - Изменение термодинамических характеристик при сорбции ионов хрома

Материал т, ис Кг AG0, кДж/моль ДНаас, кДж/моль AS, Дж/моль-К

АУВМгц-7.3 20 Ю.ЫО3 -22.5 -20.7 6.1

40 4.7-103 -22.4 5.4

60 3.2-103 -22.3 4.8

80 2.0-103 -22.2 4.2

АУВМгц-11 20 3.4-103 -19.8 - -

АУВМфф-2 20 1.5-103 -17.7 - -

По результатам проведенных исследований предложен механизм сорбции ионов хрома на поверхности АУВМ, основанный на электрохимической теории Фрумкина А.Н. и представлениях об окислительно-восстановительных процессах, сопровождающих процесс сорбции.

Для подтверждения модельных представлений и определения сорбированных, в фазе углеродных волокон, форм хрома были проведены исследования с использованием методов РФЭС и электронной микроскопии. Установлено, что процесс адсорбции ионов Cr(VI) сопровождается восстановлением его до иона Сг(Ш). Обнаружено наличие в фазе сорбента различных форм ионов хрома: СГ2О7"2, Сг20з, Сг+3.

Десорбцию ионов Cr(VI) и Сг(Ш) из фазы сорбентов с целью изучения возможности их регенерации проводили растворами НС1 и NaOH при температуре 55°С. Раствором НС1 с рН 1 за 3 ч удается десорбировать до 45 % ионов Сг(1П), ионы Cr(VI) на 97 % могут быть десорбированы раствором NaOH с рН 13.

Исследование адсорбции красителя метиленового голубого

С целью моделирования процессов адсорбции крупных органических молекул и определения параметров пористой структуры сорбентов, обеспечивающих наилучшие сорбционно-кинетические характеристики активированных волокон, в процессах извлечения таких молекул из водных сред, проведено исследование закономерностей сорбции молекул красителя метиленового голубого. Изучено влияние на величину и скорость сорбции МГ значений исходной концентрации раствора, температуры, продолжительности адсорбции, а также рН растворов.

Изменение значений рН растворов от 2,4 до 11 практически не влияет на адсорбцию МГ.

Влияние исходной концентрации (С) на степень извлечения красителя, рН и величину сорбции можно проследить по данным таблицы 8.

По численным значениям изотерм адсорбции, с применением уравнения Лэнгмюра, рассчитаны предельные величины сорбции и константы адсорбционного равновесия для всех используемых образцов. На основании полученных результатов оценен объем адсорбированных молекул МГ, закрепленных в монослое на поверхности волокна, который составил для образцов АУВМгц-7.1, АУВМгц-7.2, АУВМгц-7.3, соответственно, 0,10, 0,40, 0,44 см3/г. Сравнение величин объемов закрепленных молекул с объемами микропор, показало, что у АУВМгц-7.2 и АУВМгц-7.3 все микропоры должны быть

заполнены молекулами сорбата, а у АУВМгц-7.1 задействовано около половины объема микропор. Полученные результаты могут свидетельствовать о гом, что размеры микропор образца АУВМгц-7.1 не позволяют молекулам МГ зафиксироваться одновременно на двух поверхностях поры, т.е. ширина микропор соизмерима с размерами молекулы красителя.

Таблица 8 - Закономерности сорбции волокнами красителя МГ

Исходный раствор Показатель Сорбент

С, ммоль/л рН АУВМгц-7.1 АУВМгц-7.2 АУВМгц-7.3

1.5 4.2 Величина сорбции, ммоль/г 0.20 0.78 0.80

Степень извлечения, % 22.0 97.8 98.0

рН раствора после сорбции 6.1 8.8 5.7

4.7 3.5 Величина сорбции, ммоль/г 0.35 1.65 1.86

Степень извлечения, % 15.3 68.0 75.3

рН раствора после сорбции 3.9 3.8 3.5

9.4 2.5 Величина сорбции, ммоль/г 0.43 1.99 2.05

Степень извлечения, % 9.3 42.6 43.3

рН раствора после сорбции 3.4 3.5 3.3

Примечание - время сорбции 24 ч.

Таким образом, по величине сорбции МГ, можно достаточно быстро проводить оценку пористой структуры углеродных сорбентов.

По данным кинетики адсорбции красителя рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии для всех образцов в интервалах температур 20 - 65°С и 65 - 95°С, а также значения энергий активации (48,8 и 20,3 кДж/моль, соответственно), что позволило сформировать представления о механизме сорбции молекул красителя в структуре волокна. С повышением температуры наблюдае1ся существенное снижение энергии активации и увеличение скорости диффузионных процессов, что может указывать на то, что в процессе адсорбции с увеличением температуры происходит разрушение сольватных оболочек красителя и их агрегатов, размер сорбируемых частиц уменьшается, скорость их диффузии в структуру сорбентов резко увеличивается (при 20°С время полу сорбции составляет 25 мин, при 65°С -~5~мин,~при 95°С — 3 мин). Изложенная точка зрения подтверждается и тем фактом, что с ростом концентрации раствора эффективный коэффициент диффузии снижается, что, в свою очередь, может быть связано с увеличением агрегации молекул в растворе.

Показано, что скорости реакции (константы скорости диффузии) значительно отличаются при сравнении активных углей и активированных углеродных волокнистых материалов. Были рассчитаны коэффициенты внутренней массоотдачи для АУВМ (АУВМгц-13.3/ АУВМфф-2) и для активных углей (СКТ/БАУ), которые составили 315х106/1,42х106 1/с и 0,003х 106/0,06х 106 1/с, соответственно.

Попытки десорбировагь краситель МГ, с целью регенерации сорбента, последовательно водой, 0,1 н раствором №С1 и 0,1 н раствором НС1 (температура 20°С, время 1 сут), показали, что, по крайней мере, 25 % красителя закреплены на поверхности за счет слабых физических сил (десорбция водой). Невозможность

последующей десорбции красителя растворами ЫаС1 и НС1 указывает, по-видимому, на отсутствие ионного обмена при поглощении красителя ЛУВМ. Косвенно, в пользу этого мнения, свидетельствует и то, что на величину адсорбции практически не влияет кислотность растворов красителей.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований выявлены закономерности процесса активации углеродных материалов, полученных при термообработке гидратцеллюлозных волокон в диапазоне температур 700 - 1500°С. Экспериментально показана экстремальная зависимость содержания микропор и прочности от конечной температуры термообработки углеродных материалов. Разработаны процессы получения высокоэффективных микропористых сорбентов, с объемом сорбционного пространства до 0,64 см3/г, на основе карбонизованной гидратцеллюлозы. Обоснована необходимость термообработки исходного гидратцеллюлозного волокна при температуре 1100°С, в течение 60 - 70 мин и активации в среде водяного пара при температуре 800°С, в течение 15-17 мин.

2. Впервые выявлены особенности процессов активации углеродных материалов на основе полиоксадиазольных волокон. На этой основе предложена технология получения активированных углеродных волокнистых материалов, заключающаяся в термообработке полиоксадиазольных волокон при температуре 1500°С, в течение 60 - 70 мин и активации в среде водяного пара при температуре 800°С, в течение 12-15 мин.

3. Исследовано влияние объема сорбционного пространства, пористой структуры, химических свойств поверхности сорбентов, а также температуры, концентрации и рН растворов на величину и скорость адсорбции ионов хрома разработанными активированными углеродными материалами. На основании данных рентгенофотоэлектронной спектроскопии и электронной микроскопии, с учетом восстановления ионов Сг(У1) до Сг(1П), в процессе сорбции, предложен механизм окислительно-восстановительной хемосорбции ионов хрома активированными углеродными материалами.

4. Определены основные закономерности адсорбции красителя метиленового голубого сорбентами различной пористой структуры. На основании кинетических параметров сорбции молекул красителя рассчитаны коэффициенты внутренней массоотдачи для активированных углеродных волокнистых материалов (АУВМгц-13.3/ АУВМфф-2) и для активных углей (СКТ/БАУ), которые составили 315х106/1,42х106 1/с и 0,003х106/0,06х106 1/с, соответственно.

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).

По материалам диссертационной работы опубликованы следующие работы:

1. Пагент РФ 2208074. D 04 Н 1/46. Способ получения нетканого материала. Мухина О.Ю., Лысенко A.A., Пискунова И.А. и др. - 2002.

2. Патент РФ 2213820. D 04 Н 1/42. Нетканый материал. Мухина О.Ю., Лысенко A.A., Пискунова И.А. и др. - 2002.

3. Мухина О.Ю., Лысенко A.A., Пискунова И.А. Адсорбция красителей активированными углеродными волокнами различной пористости. // ЖПХ. - 2003. - Т. 76. - № 6. - с. 926 - 930.

4. О. Astachkina, A. Lyssenko, О Mukhina. Chromium (VI) and (III) species adsorption from aqueous solutions by activated carbon fibers. // Proceedings of the 3rd Pacific Basin Conference on Adsorption Science and Technology. Kyongju, Korea May 25-29,2003.-pp. 189-193.

5. Об использовании кремнийорганических и неорганических добавок пиролиза при получении углеродных волокон. / Пискунова И.А., Басок М.И., Асташкина О.В., Лысенко A.A., Мухина О.Ю., Удальцова H.H. // Физико-химия полимеров: Синтез, свойства и применение: Сб. науч. тр. - Тверь: Твер. Гос. ун-т, 2002. - Вып. 8. - с. 201 - 204.

6. Асташкина О.В. Пискунова И.А., Мухина О.Ю. Усовершенствование технологии получения углеродных волокнистых материалов. // Тезисы докладов. Вторая Белорусская научно-практическая конференция «Научно-технические проблемй развития производства химических волокон в Беларуси». Могилев 13-15 декабря 2001.-с. 327.

7. Мухина О.Ю., Лысенко A.A., Панов В.П. Закономерности сорбции красителя светопрочного бирюзового К. // VII-й Всероссийский симпозиум с участием иностранных ученых. «Актуальные проблемы теории адсорбции, модифицирования поверхности и разделения веществ». Москва - Клязьма 22 - 26 апреля 2002. - с. 45.

8. Мухина О.Ю., Пискунова И.А. Мамаева О.И., Березин О.Г. Сравнительный анализ сорбционно-кинетических характеристик углеродных волокон. // VII-й Всероссийский симпозиум с участием иностранных ученых. «Актуальные-проблемы теории -адсорбции, - модифицирования поверхности и разделения веществ». Москва - Клязьма 22 - 26 апреля 2002. - с. 55.

9. Мухина О.Ю., Лысенко A.A., Гребенников С.Ф. Сорбция цианокомплексов золота на углеродных волокнах различной природы. // VIII-й Всероссийский симпозиум с участием иностранных ученых. «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах». Москва -Клязьма 21 - 25 апреля 2003. - с. 56.

Автор выражает глубокую благодарность за поддержку, обсуждение результатов, просмотр рукописи и практические замечания д.х.н., проф. Гребенникову С.Ф.

В печать 1.2003. Тираж 100 экз. Заказ № :

Отпечатано в типографии СПГУТД, 191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26

»21241

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.

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

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).