|
|
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
 |
|
Электрохимический синтез низкоплотных углеродных материалов для очистки воды |
Забавная пачка денег "100 долларов". 
Чашка "Неваляшка". 
Фонарь желаний бумажный, оранжевый. На правах рукописиЯКОВЛЕВА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНАЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ НИЗКОПЛОТНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук2008 Общая характеристика работыАктуальность темы. Химия углерода в настоящее время претерпевает бурное развитие. В практическом плане это проявляется в создании новых, с уникальным сочетанием свойств углеродных материалов многопланового применения (адсорбция, катализ, проточные и компактные электроды, футеровочные и уплотнительные листы, шумо-, тепло-, радиационноизолирующие экраны и др.) в химической технологии, синтезе, машиностроении, вакуумной технике. Подобные материалы уже по достоинству оценены в промышленного развитых странах мира и начинают внедряться в России. Одним из таких новых углеродных материалов является пенографит (ПГ) или терморасширенный графит (ТРГ), получаемый при термообработке (ТО) соединений внедрения графита (СВГ). СВГ промышленного производятся преимущественно по нитратной химической технологии, заключающейся в обработке дисперсного графита концентрированной H Oj. Известно электрохимическое получение СВГ, основанное на анодном окислении графита в кислотах. Основные литературные сведения по электрохимическому способу синтеза относятся к малогабаритным компактным электродам, поляризуемым в концентрированных электролитах. Электрохимический синтез СВГ, по сравнению с химическим, легко контролируется и управляется, может быть прерван на любой стадии, что позволяет получать соединения заданного состава с высокой однородностью свойств, снижает расход кислоты и промывной воды, обеспечивает меньшее загрязнение окружающей среды. Кроме того, электрохимическим способом принципиально возможно в одну стадию получать переокисленные СВГ, которые, согласно литературным данным, способны к терморасширению при пониженных температурах ТО. Однако в промышленных масштабах электрохимическая технология не реализована из-за отсутствия технологических разработок и необходимого оборудования. В связи с этим актуальным является изучение процессов анодного интеркалирования дисперсного графита в широком диапазоне концентраций растворов H 03 с целью поиска оптимальных условий синтеза терморасширяющихся соединений графита (ТРСГ) И снижения температуры ТО. Возможность создания углеродных матриц с регулируемой пористостью на основе ТРГ и различных композитов с его применением открывает широкие перспективы для очистки и подготовки воды. В связи с этим, на наш взгляд, актуальным является поиск способов и условий формирования пористых углеродных материалов, а также изучение их адсорбционных и ионообменных свойств. Настоящая работа является составной частью обширной программы, выполняемой на кафедре &quo ;Технология электрохимических производств&quo ; по электрохимическому синтезу СВГ акцепторного типа и использованию данных соединений в различных областях. Научно-техническим консультантом данной работы по изучению ионно-адсорбционных свойств ТРГ и изделий на его основе является доцент кафедры, к. х. н. Соловьева Нина Дмитриевна. Цель работы состояла в изучении закономерностей электрохимического образования СВГ в растворах H Os различной концентрации, выборе и оптимизации условий анодного синтеза СВГ, обеспечивающих их последующую переработку в пенографит.
Кроме того, цель работы заключалась в изучении адсорбционных и ионообменных свойств полученных пеноструктур графита и создании на основе СВГ фильтрующих элементов для очистки воды от ионов i, Сг. Научная новизна работы. Впервые проведены системные исследования электрохимического интеркалирования дисперсного графита в 3,0-13,5М H 03. Показано, что началу процесса электрохимического внедрения предшествует индукционный период, в ходе которого в основном происходит окисление поверхностных функциональных групп (ПФГ). Обнаружено, что процесс внедрения CV - ионов в графитовую матрицу сопровождается совнедрением молекул воды, либо быстрым гидролизом образующихся СВГ. Параллельно реакции интеркалирования протекает ряд поверхностных процессов, в том числе и анодное выделение кислорода. Роль последнего является определяющей для получения СВГ с пониженной температурой терморасширения. Эффект снижения температуры ТО достигается при значительном накоплении кислородных соединений на поверхности графитовой матрицы. Ведение синтеза СВГ в условиях выделения 02, СО, С02 подобного эффекта не дает. Методами РФА и ДСК получены новые результаты по свойствам СВГ. Установлена возможность регулирования соотношения скоростей объемных и поверхностных реакций варьированием потенциала анодной обработки графита и сообщаемого количества электричества. Выявлена зависимость степени расширения СВГ при ТО от условий анодной обработки графита в Н3 различной концентрации, тем самым созданы условия для реализации управляемого электрохимического синтеза терморасширяющихся соединений графита. Изучены ионообменные и адсорбционные свойства ТРГ и изделий на его основе. Практическая значимость работы. Определены условия электрохимической обработки дисперсного графита в азотнокислых электролитах, обеспечивающие синтез терморасширяющихся соединений с максимальной производительностью при наименьших энергозатратах. Полученные результаты могут служить основой для разработки эффективной технологии производства СВГ с азотной кислотой. Выявлены условия анодного синтеза, получены образцы СВГ с высокой степенью терморасширения при температурах 200-300°С. Разработана и апробирована методика регистрации толщины графитового слоя в ходе синтеза, что позволило получить ценную информацию о процессах интеркалирования и для проектирования оборудования. Отработан способ формирования самопрессующихся углеродных материалов на основе ТРГ. Показана возможность использования ТРГ и фильтров из него для ионно-адсорбционной очистки воды отряда катионов металлов. На защиту выносятся следующие основные положения: 1. Кинетические закономерности анодных процессов на дисперсном графитовом электроде в растворах НЖ) 3. 2. Влияние режимов электрохимической обработки дисперсного графита и концентрации H 03 на свойства образующихся СВГ. 3. Результаты исследований физико-химических свойств терморасширенного графита и изделий на его основе. Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции &quo ;Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат&quo ;.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 статья в центральной печати, 5 - в сборниках статей. Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы из наименований. Она изложена на страницах, содержит рисунков и таблиц. Содержание работы. Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и значимость работы. В главе 1 обобщены литературные сведения по соединениям внедрения графита, их структуре, свойствам и способам получения. Систематизирована информация о процессах, протекающих на углеродных материалах при анодной поляризации в различных электролитах. Приведены данные по сорбционным и ионообменным свойствам углеродных материалов, применяемых в процессах водоочистки и водоподготовки. Проанализировано влияние состава их поверхности на механизм извлечения катионов металлов. Рассмотрены основные современные методы и технологии очистки воды от ионов некоторых металлов. В главе 2 описаны объекты и методы исследований, использованные в работе. Электрохимические измерения проведены с применением потенциометрического, хроновольтамперометрического и потенциостатического методов. Все значения потенциалов в работе измерены относительно стандартного хлорсеребряного электрода. Приведены условия гидролиза СВГ и перевода полученных соединений в пенографит и углеродные изделия. Свойства синтезированных материалов исследовались с использованием рентгенофазового анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Представлены методики приготовления модельных растворов и изучения адсорбционно-ионообменных свойств пористых углеродных материалов. В главе 3 представлены результаты исследований электрохимического интеркалирования дисперсного графита в 3,0-13,5 М растворах Н, данные по потенциостатическому синтезу СВГ и изучению свойств получаемых соединений. Согласно циклическим потенциодинамическим кривым (ЦПДК) на графитовом электроде при потенциалах: до 1,3 В протекает преимущественно обратимое окисление ПФГ. Подъем тока на анодном полуцикле при более высоких потенциалах вызван наложением на процесс окисления ПФГ реакции внедрения. Количество электричества в анодной части ЦПДК (Q) с увеличением Еа закономерно возрастает, но уменьшается при циклировании. Q будет определяться токами восстановления ПФГ, СВГ и адсорбированного кислорода. С ростом интервала сканирования потенциалов, а также по мере циклирования, отмечается увеличение QK. Возрастание QK при циклировании с одновременным уменьшением Qa может быть объяснено лишь увеличением доли объемных реакций интеркалирования - деинтеркалирования в общем токе, по-видимому, вследствие упорядочивания структуры углеродного материала. В данном интервале потенциалов скорость образования СВГ увеличивается, так как отмечается возрастание токов и в катодной области (Сл), обусловленных преимущественно реакциями деинтеркалации. При более высоких потенциалах (Е&g ;1,6В) соотношение QK/Qa перестает изменяться, выявленные тенденции по влиянию циклирования сохраняются, токи процесса деинтеркалации еще более возрастают.
НПО «Экран» О фильтрах «Изумруд» НПО «Экран» (Москва) необходимо поговорить отдельно, поскольку в них реализована технология очистки воды, которую в целом можно назвать электрохимической. В руководстве по эксплуатации она описана так: «Принципиально новая технология очистки воды из нескольких стадий, разделенных во времени и пространстве: анодное окисление, обеспечивающее уничтожение микроорганизмов и деструкцию вредных органических соединений, электромиграционное удаление ионов тяжелых металлов, каталитическое разложение (нейтрализация) ионов тяжелых металлов, электромиграционное удаление нитратов и нитритов». К этому следует добавить, что в воде сохраняются все полезные минеральные вещества, а биологическая ценность воды повышается в результате обработки электрическим полем. Далее я буду говорить о фильтре «Изумруд-М» и его моделях «Изумруд-сапфир» и «Изумруд-агат» (табл. 5.9), которые различаются тем, что «Агат» дополнительно насыщает воду кислородом (кроме того, имеются еще «Изумруд-кварц», «Топаз», «Алмаз», «Аквамарин», «Кристалл» и «Рубин»)
1. Энергетический баланс процессов синтеза молекул кислорода, водорода и воды
2. Бытовые способы очистки воды
3. Изотермы адсорбции паров летучих органических веществ на пористых углеродных материалах
9. Отведение и очистка сточных вод
10. Биологическая очистка сточных вод
11. Охрана производственных сточных вод, методы очистки
12. Разработка технологии очистки промышленных сточных вод на примере ГП МАЗ
13. Технология очистки сточных вод с использованием проточной установки
14. Очистка хромсодержащих сточных вод гальванопроизводства
15. Эффективные методы очистки технических вод машиностроительного производства
16. Применение осадка сооружений очистки сточных вод в качестве удобрения
Электроминикар Tokids "Лев", цвет желтый. 
Карандаши цветные "Color'Peps", треугольный корпус, 36 цветов. 
Таблетки бесфосфатные для посудомоечных машин "Vaily", 30 штук. 17. Методы очистки сточных вод
19. Очистка шахтных вод шахты "Житомирская" ш/у "Комсомольское" ГХК "Октябрьуголь"
20. Анализ существующей на Балаковской АЭС системы очистки трапных вод
21. Проектирование технологии очистки нефтесодержащих вод
25. Композиционные хемосорбционные волокнистые материалы "Поликон К", наполненные углеродными волокнами
26. Биологическая очистка сточных вод
27. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод
28. Очистка нефтесодержащих сточных вод
30. Очистка сточных вод целлюлозно-бумажных заводов
32. Методы очистки сточных вод
Автомобиль со звуковым сигналом "Джип-каталка", красный. 
Коврик для ванной "Бусинка" противоскользящий, 34,5х76 см. 33. Максимальная концентрация вредного вещества. Степень очистки промышленных сточных вод
34. Очистка сточных вод поселка городского типа производительностью 6000 м3 сутки
35. Биохимическая очистка сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий
36. Синтез белка
37. Структура и состояние водоснабжения и водосброса, подземных вод и артезианских скважин города Киева
41. Предварительная оценка запасов подземных вод месторождения "Ростань" (г. Борисоглебск)
42. Переводческая эквивалентность в текстах газетно-информационных материалов
43. Особенности представления в Интернет материалов по искусству
44. Символы рыб, морских животных и обитателей воды: их значение (семиотика)
Набор детской складной мебели Ника "Азбука" (КУ2). 
Магнитный лабиринт "Совенок". 
Органайзер для планшета (2 кармана), 40х35 см. 51. И.И.Крылов на Кавказских Минеральных Водах. Изучение проблемы
52. Прагматическая адаптация при переводе газетно-информационных материалов
57. Математичекие основы теории систем: анализ сигнального графа и синтез комбинационных схем
58. Синтез САУ
59. Почерковедческая экспертиза: предмет, объекты, задачи, подготовка материалов
60. Загрязнение водных ресурсов и методы очистки
61. Изучение и разработка очистки стоков от ионов тяжелых металлов (Доклад)
62. Углеродный цикл и изменения климата
63. Методы очистки промышленных газовых выбросов
64. Загрязнение подземных вод Москворецкого бассейна
Ящик для игрушек "Профи Kids", 15 л. 
Тетрадь на резинке "Elements", А5, 120 листов, клетка, синяя. 
Стул детский (цвет: сиреневый). 65. Запасы и проблемы пресной воды
66. Очистка газовых выбросов фильтрами
67. Сточные воды
69. Формирование коммуникативной компетентности подростков (на материале уроков иностранного языка)
73. Композиционные и порошковые материалы
74. Теплоизоляционные материалы
75. Стекло и строительные материалы на основе органических вяжущих
78. Материалы и расчетные характеристики подшипников качения для условия сухого трения
Танк с пневмопушкой. 
Карандаши акварельные "Progresso Aquarelle", 24 цвета, 24 штуки. 
Кровать для кукол деревянная (большая). 82. Оптимальный раскрой промышленных материалов
83. Обработка воды на тепловых и атомных электростанциях
84. Синтез ЖК
90. Основные свойства исходных материалов и их влияние на качество готовых изделий
91. Инструментальные материалы
92. Топливно-смазочные материалы, технические жидкости, резинотехнические изделия для автомобиля ЗИЛ-130
95. Ремонт фильтров тонкой и грубой очистки топлива различных автомобилей
96. Учебные материалы курса "Социальная психология"
Сиденье в ванну, белое. 
Чайник со свистком Nadoba "Virga", 2,8 л. 
Настольная игра "Колорама". 97. Синтез цифрового конечного автомата Мили
98. Расчет распределения примесей в кремнии при кристаллизационной очистке и диффузионном легировании
Треугольные гелевые ручки с глитерами, 12 цветов. 
