Термохимические превращения поливинилспиртового волокна в присутствии пиролитических добавок при получении углеволокнистых сорбентов
Диссертация
Автор: Харченко, Иван Михайлович
Название: Термохимические превращения поливинилспиртового волокна в присутствии пиролитических добавок при получении углеволокнистых сорбентов
Справка: Харченко, Иван Михайлович. Термохимические превращения поливинилспиртового волокна в присутствии пиролитических добавок при получении углеволокнистых сорбентов : диссертация кандидата химических наук : 05.17.06 Москва, 2006 174 c. : 61 06-2/618
Объем: 174 стр.
Информация: Москва, 2006
Содержание:
Введение
1 Литературный обзор
11 Роль пиролитических добавок в регулировании процесса пиролиза полимерных волокон и формировании структуры углеволокнистых материалов
12 Свойства углеродных сорбентов
2 Методическая часть
21 Объекты исследований
22 Методика проведения эксперимента
23 Методы исследования
3 Экспериментальная часть
31 Влияние термоокисления на состав газообразных продуктов пиролиза поливинилового спирта
32 Закономерности термохимических превращений поливинилспиртовых волокон в условиях высокотемпературной обработки в присутствии фосфорсодержащих соединений
321 Исследование влияния ортофосфата аммония на термическое разложение ПВС волокон в воздушной среде
322 Термохимические превращения поливинилспиртовых волокон в присутствие малых добавок полифосфата аммония
323 Влияние природы катиона фосфорных кислот на термопревращение гидроксилсодержащих волокон
33 Макроструктура и сорбционные свойства полученных углеволокнистых материалов
Выводы
Введение:
В настоящее время широкое развитие получили исследования в области термохимических превращений полимеров, лежащих в основе получения особого класса уникальных по своим свойствам углеродных материалов, в том числе волокнистой формы, что обусловлено принципиально важными областями использования углеродных волокнистых материалов как аэрокосмическая техника, здравоохранение, очистка газовоздушных и жидких сред и др.
В связи с этим одной из тенденций в исследованиях термического разложения углеродобразующих полимеров является изыскание путей управления процессами пиролиза полимеров с целью получения углеродного материала с заданной структурой.
В отличие от основного сырья для углеродных волокон -полиакрилонитрильного и гидратцеллюлозного волокон малоизученным остается такой волокнообразующий полимер, характеризующийся простотой строения и склонностью к образованию структур с высоким содержанием углерода, как поливиниловый спирт, который следует рассматривать весьма перспективным прекурсором УВМ.
Вышесказанное обуславливает актуальность исследований, направленных на разработку новых способов получения и изучения свойств УВ, поскольку позволит расширить существующие представления о сложных процессах термохимических превращений полимеров в условиях высокотемпературной обработки и арсенал высокоэффективных углеродных волокон, в том числе сорбционного назначения. Однако в отличие от армирующих углеродных волокон они должны иметь высокую сорбционную активность, которая достигается созданием материалов с высокой пористостью. Отсюда большой интерес представляют исследования по иммобилизации в структуру волокна веществ, которые бы позволили в результате термохимических превращений регулировать порообразование в полимерных системах.
Диссертационная работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки" и единого заказ-наряда Федерального агентства по госбюджетной теме № 03 - 609 - 45.
Цель работы заключалась в разработке принципов получения волокнистых углеродных материалов на основе нетрадиционных прекурсоров - поливинилспиртового волокна, содержащего пиролитические добавки, способствующие структурированию термопластичного полимера и порообразованию.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
• обосновать выбор типа пиролитических добавок для процесса высокотемпературного пиролиза поливинилового спирта;
• исследовать влияние пиролитических добавок и процесса активации на порообразование полимеров;
• установить условия получения углеродных волокнистых сорбентов и определить их свойства.
Научная новизна работы.
• Показана возможность протекания вторичных реакций воды с формирующимся коксовым остатком - гидролитического расщепления предуглеродной структуры по слабым связям - С - С - с образованием карбонильных и карбоксильных групп, термораспад которых обуславливает интенсивное выделение оксидов углерода.
• Предложены механизмы действия фосфатов аммония посредством продуктов их термического разложения в кислотном катализе реакций дегидратации поливинилового спирта с накоплением фрагментов цепей диеновой структуры, образующих по реакции Дильса-Альдера сетчатый полимер, содержащий циклические структуры.
• Впервые установлена роль ортофосфата и полифосфата аммония в регулировании химических и структурных превращений поливинилового спирта при высокотемпературной обработке, обеспечивающих переход линейного термопластичного полимера в пространственно сшитый и трансформации его в углеродный с конверсией углерода на уровне 64 -86%.
• Обнаружено активирующее действие продуктов разложения фосфатов аммония и вторичных реакций пиролиза поливинилспиртового прекурсора с участием функциональных групп на формирование пористой структуры углеродного волокна вследствие совмещения процессов пиролиза и активации.
• На основании спектров комбинационного рассеяния света установлено, что карбонизованные и активированные углеродные волокна из поливинилспиртового прекурсора представляют собой систему, содержащую гибридные разновидности атомов углерода: sp2 и sp3, в которой формируются отдельные упорядоченные графитоподобные фазы углерода.
Практическая значимость результатов. Разработаны принципы и определены условия получения неактивированных углеволокнистых материалов из нетрадиционных прекурсоров углеродного волокна -поливинилспиртовых волокон с использованием в качестве пиролитических добавок ортофосфата и полифосфата аммония с выходом 40 - 50% и сорбционной емкостью по 12 на уровне 73 - 99%.
Предложен процесс получения активированных углеволокнистых сорбентов из поливинилспиртовых волокон с сорбционной емкостью по Ь 180% и по бензолу до 300 мг/г, обеспечивающих высокую скорость установления сорбционного равновесия, что позволяет рассматривать их как перспективные материалы для создания высокоэффективных фильтров.
1 Литературный обзор
|
