Шаймухаметова Гульназ Фларитовна. Адсорбция органических соединений на углеродных адсорбентах и их модифицированных образцах

brief description

Шаймухаметова Гульназ Фларитовна. Адсорбция органических соединений на углеродных адсорбентах и их модифицированных образцах: диссертация ... кандидата Химических наук: 02.00.04 / Шаймухаметова Гульназ Фларитовна;[Место защиты: Башкирский государственный университет], 2016

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Шаймухаметова Гульназ Фларитовна
Адсорбция органических соединений на углеродных адсорбентах и их
модифицированных образцах
02.00.04. - Физическая химия
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата химических наук
Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент Валинурова Э.Р.
Уфа - 2016 
СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Углеродные адсорбционные материалы
Общие представления об углеродных материалах
Сажа
Г рафит
Фуллерены
Углеродные нановолокна Нанотрубки Активированные угли Активированные углеродные волокна
Способы получения активированных углеродных волокон и их применение
Функциональные поверхностные группы Химический состав и структура волокон Методы модифицирования углеродных материалов
Адсорбционные взаимодействия адсорбент-адсорбат Физическая адсорбция микро-мезопористыми адсорбентами Классификация адсорбентов по пористости Теория адсорбции. Типы изотерм адсорбции Теория мoномoлeкулярнoй адcopбции.
Уpaвнeниe Лeнгмюpa
ТЄОРИЯ объемного запол^ния микропор.
Урaвнeниe Дубининa-Рaдушкeвичa
Применение различных теорий для описания адсорбции органических соединений на углеродных материалах Адсорбция органических соединений на углеродных материалах
5
6
12
12
12
13
14
15
16
17
19
20
24
25
27
30
30
34
34
35
36
39
39
44
Адсорбция органических соединений из жидких сред Адсорбция органических соединений из газовых сред
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Адсорбенты, реактивы, аппаратура 48
2.2. Подготовка адсорбентов к исследованию 50
2.2.1. Методики модифицирования поверхности активированного 51 углеродного волокна
2.2.2. Методики исследования характеристик адсорбентов 52
2.3. Условия проведения исследований методом обращенной 53 газовой хроматографии
2.3.1. Методики расчета данных, полученных с помощью 54 обращенной газовой хроматографии
2.4. Условия проведения исследований методом 57 высокоэффективной жидкостной хроматографии
2.4.1. Методики исследования сорбционной активности 57 адсорбентов по фенолам и анилинам
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Углеродные адсорбенты 62
3.2. Исследование взаимодействий некоторых органических 65 соединений с углеродными волокнами и углями методом обращенной газовой хроматографии
3.3. Связь термодинамических параметров адсорбции с 82 природой поверхности адсорбентов и структурой адсорбирующихся молекул
3.4. Адсорбция фенолов и анилинов углеродными волокнами и 88 углями из воды в статическом режиме
3.4.1. Изотермы адсорбции фенола и его производных на 88 углеродных адсорбентах
3.4.2. Изотермы адсорбции производных анилина на углеродных 103 адсорбентах
3.5. Кинетические закономерности адсорбции анилинов на 113 активированном углеродном волокне УВИС-АК и углях БАУ-А, СПДК-27МД
3.6. Адсорбция о-нитрофенола на активированном углеродном 118
волокне УВИС-АК и угле БАУ-А в динамическом режиме ВЫВОДЫ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 122

bibliography

ВЫВОДЫ
1. Проведена оценка термодинамических параметров адсорбции предельных и ароматических углеводородов, спиртов, сложных эфиров, кетонов и нитрилов на активированном углеродном волокне марки УВИС-АК и его модифицированных наночастицами серебра, азотной кислотой и меламином образцах.
1.1. В условиях обращенной газовой хроматографии определены удельные удерживаемые объемы тест-сорбатов на углеродных волокнах и их модифицированных образцах. Установлено, что максимальные значения удельных удерживаемых объемов характерны для ароматических и предельных углеводородов. Удерживание тест-сорбатов углеродными адсорбентами уменьшается в ряду: АУВмеламин > АУВ, АУВ-Аg > БАУ-А > ОАУВазотн.
1.2. Впервые изучены адсорбционные свойства углеродных волокон, модифицированных наночастицами серебра и меламином. Построены изотермы адсорбции органических соединений с различной поляризуемостью молекул, рассчитаны их термодинамические параметры адсорбции. Показано, что изотермы адсорбции тест-сорбатов имеют вид изотерм I типа и спрямляются в координатах уравнения Ленгмюра.
1.3. Впервые проведена оценка вклада различных типов межмолекулярных взаимодействий адсорбент-адсорбат с поверхностью модифицированных и не модифицированных углеродных волокон УВИС-АК, активированных углей БАУ- А, СПДК-27МД. Установлено, что в адсорбцию тест-сорбатов на углеродных адсорбентах основной вклад вносят дисперсионные взаимодействия. При модифицировании углеродных волокон азотной кислотой, меламином и наночастицами серебра индукционно-ориентационные и донорно-акцепторные вкладці взаимодействий возрастают в 2-3 раза.
2. Изучены кинетические и диффузионные закономерности адсорбции фенола, п-, о-нитрофенолов, п-, о-хлорфенолов, о-метилфенола, 2,6- и 3,5- диметилфенолов, 2,4-динитро-, 2,4-дихлорфенолов, о-, п-, м-нитроанилинов, о-, п-, .и-хлоранилинов, 2,4-динитроанилина из воды на активированном углеродном волокне УВИС-АК и его модифицированных образцах.
2.1. Выявлено, что при статической адсорбции фенолов и анилинов из водного раствора реализуются две модели адсорбции. Сначала формируется монослойное покрытие открытых пор адсорбентов (модель Ленгмюра), а далее из- за наложения дисперсионных потенциалов в оставшихся узких зазорах происходит спонтанное заполнение пор адсорбентов молекулами адсорбатов (модель Дубинина-Радушкевича). Емкость монослоя (по Ленгмюру) для производных фенола меняется от 1,3 до 11,4 ммоль/г; для анилинов - от 3,6 до 7,9 ммоль/г. Стандартное изменение энергии Гиббса для фенолов составляет 18 - 30 кДж/моль, для анилинов - 21-28 кДж/моль.
2.2. Определение кинетических и диффузионных характеристик показало, что процесс адсорбции нитроанилинов носит внутридиффузионный характер и удовлетворительно описывается уравнением псевдовторого порядка.
2.3. Исследование адсорбции фенолов и анилинов в динамических условиях подтвердило внутридиффузионный характер процесса и показало преимущество волокнистых углеродных адсорбентов перед зерненными.
3. Активированное углеродное волокно марки «УВИС-АК» и его модифицированный наночастицами серебра образец рекомендуется использовать для извлечения производных фенола и анилина из водных сред. Углеродные волокна, модифицированные меламином и наночастицами серебра, могут быть рекомендованы для концентрирования органических соединений различной природы из газо-воздушных сред.