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 проблемочистке 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 пористостьювысокой внешней и внутренней удельной поверхностьюсочетанием в одном материале фильтрующих и высоких сорбционно-кинетических характеристикудовлетворительной прочностьютермической 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 111 010, 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).