Введение к работе
Актуальность темы
Углеродные материалы широко используются в современных технологиях и установках для очистки воды и воздуха от загрязняющих компонентов. К перспективным материалам для таких целей относят и терморасширенный графит (ТРГ), обладающий уникальным сочетанием свойств: низкой плотностью, способностью прессоваться без связующего, развитой поверхностью, высокими сорбционными свойствами. ТРГ является продуктом быстрого нагрева соединений внедрения графита (СВГ) или окисленных графитов (ОГ), получаемых химическим или электрохимическим синтезом в кислотах (преимущественно H2SO4 и HNO3). В общем виде получение ТРГ включает следующие стадии:
Электрохимический способ имеет ряд преимуществ перед химическим синтезом: ведение синтеза в управляемом режиме позволяет получать соединения с заданными свойствами, использовать менее концентрированные растворы кислот, более экологически безопасен и др.
По литературным данным, ТРГ, полученный по электрохимической технологии, обладает более развитой удельной поверхностью и повышенной сорбционной способностью. Предположительно, это связано с особенностями структуры и морфологии углеродных структур, возможным электрохимическим диспергированием графитовых частиц в ходе анодного синтеза СВГ. Однако сведений о взаимосвязи параметров анодной обработки дисперсного графита с сорбционными свойствами получаемых образцов ТРГ в литературе не приводится.
Исследования, которые проводятся на кафедре «Технология электрохимических производств» Энгельсского технологического института СГТУ, выявляют определенную зависимость от режима электрохимического синтеза степени терморасширения СВГ и ОГ для соединений на основе H2SO4 и HNO3. Но показатель насыпной плотности (степень терморасширения) не в полной мере отражает ионно-сорбционные свойства ТРГ, применяемого для очистки водных и воздушных сред. В связи с изложенным, является актуальной оценка сорбционных свойств ТРГ, полученных электрохимическим способом, в зависимости от режима анодного синтеза СВГ в водных растворах H2SO4 и HNO3. Системные исследования в этом направлении позволят выработать рекомендации для получения ТРГ с нужными для экологических целей характеристиками.
Цель настоящей работы заключается в том, чтобы провести системные исследования по влиянию режима электрохимического синтеза СВГ и переокисленных соединений с кислотами H2SO4 и HNO3 на степень терморасширения получаемых соединений и их ионно-адсорбционные свойства при очистке сточных вод.
Запланированное исследование включает решение следующих задач:
- установление влияния анодного потенциала обработки и сообщенного количества электричества в растворах H2SO4 и HNO3 на степень терморасширения и удельную поверхность получаемых образцов;
- влияние режима и степени анодного окисления графита в растворах H2SO4 и HNO3 на температуру образования ТРГ, возможности получения переокисленных соединений;
- оценка температуры термообработки при получении ТРГ на свойства вспененных углеродных структур;
- исследование условий формирования адсорбентов на основе ТРГ на их эффективность применения.
Научная новизна работы
Впервые предприняты системные исследования по установлению влияния параметров анодной обработки дисперсного графита в растворах H2SO4 и HNO3 не только на степень терморасширения получаемых соединений, но и на их характеристики по удельной поверхности и адсорбционной способности. Выявлено, что переокисленные СВГ имеют пониженную температуру вспенивания, обладают более высокой удельной поверхностью, повышенными ионно-адсорбционными свойствами. Показана зависимость степени переокисления от величины потенциала анодной обработки, сообщенной емкости и концентрации кислот.
Практическая значимость результатов работы заключается в выборе режимов и условий электрохимического синтеза терморасширяющихся соединений графита с серной и азотной кислотами, обеспечивающих наибольшую удельную поверхность ТРГ.
Апробация результатов работы
Основные результаты работы докладывались на V Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (г. Москва, 2006 г.); IV Международной конференции «Композит-2007» ( г.Энгельс, 2007 г.); Всероссийской конференции «Актуальные проблемы электрохимической технологии» ( г. Энгельс, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Отечественные предприятия и инноватика» ( г. Балашов, 2009 г.); VII Международной научно-практической конференции «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (г. Тольятти, 2010 г.).
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Результаты по влиянию режима анодной обработки дисперсного графита в серной и азотной кислотах на состав и свойства синтезируемых терморасширяющихся соединений графита.
-
Условия проведения электрохимического синтеза соединений в кислотах для получения терморасширенных графитов с высокой удельной поверхностью.
-
Методика и результаты формирования гранул из терморасширенного графита.
-
Результаты по оценке адсорбционных свойств терморасширенных графитов и материалов на их основе, полученных по электрохимическому способу.
Публикации
По материалам диссертации получен 1 патент на изобретение, опубликована 1 статья в журнале, рекомендуемом ВАК РФ, 11 статей в сборниках трудов и материалах конференций.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методического и экспериментальных разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Изложена на 118 страницах и включает 41 рисунок, 12 таблиц, список использованной литературы состоит из 167 наименований.
