CC BY
35
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПОСТРОЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ ОБРАЗЦАМИ УГЛЕНАПОЛНЕННОГО ХИМЗАЩИТНОГО СУБСТРАТА Ахундов Р.Г. Email: Akhundov1163@scientifictext.ru
Ахундов Рамиль Гурбанали оглу - адъюнкт, Военная Академия Азербайджанской Республики, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: прогрессирующее загрязнение окружающей среды сделало экологическую безопасность важной составляющей национальной безопасности в целом. Сегодня практически вся планета и особенно районы массового проживания людей подвержены серьезным экологическим угрозам, главными из которых являются: радиационное загрязнение территорий; угнетение почв кислотными дождями; загрязнение почв химическими веществами и пестицидами; разливы нефти на суше и на море и разрушение атмосферы. Одним из способов решения этой важной задачи является разработка и применение универсальных материалов, в роли которых с успехом выступают углеродные адсорбенты - активные угли. В работе представлены данные по пористой структуре и сорбционным свойствам разработанных нами модифицированных углеродных материалов и построены экспериментальные изотермы адсорбции.
Ключевые слова: активные угли, изотермы адсорбции, угленаполненный субстрат, мезопоры.
THE CREATION OF THE EXPERIMENTAL ADSORPTION ISOTHERMS OF CARBON-FILLED SAMPLES OF A CHEMICAL PROTECTION OF THE SUBSTRATE Akhundov R.G.
Akhundov Ramil Gurbanali - Adjunct, MILITARY ACADEMY OF THE REPUBLIC OF AZERBAIJAN, BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN
Abstract: рrogressive pollution of environment made the environmental safety an important constituent of the national safety as a whole. Today almost all the planet and especially the densely populated areas are subjected to severe environmental threats, main of which are: radioactive pollution of territories; soil poisoning by acid rains; soil pollution by chemicals and pesticides; oil spills over land and sea and atmosphere destruction. One of methods of solving this important task is the development and application of universal materials in the form of carbon adsorbents - active carbons. In work data on porous structure and sorption properties developed by us carbon materials are submitted and experimental isotherms of adsorption are constructed. Keywords: аctive carbons, adsorption isotherms, carbon-filled substrate, mesopores.
УДК 661.183.2
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время, для практического применения защитных материалов для органов дыхания, решающее и основополагающее значение имеет их адсорбционная способность, которая является функцией равновесной концентрации и парциального давления паров или газов и в значительной степени зависит от характера пористой структуры материала. В связи с этим нами были проведены исследования по рассмотрению мезопористой структуры модифицированного сорбента.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения пористой структуры и сорбционных свойств разработанных нами материалов экспериментально нами были определены изотермы адсорбции паров бензола образцами угленаполненного химзащитного субстрата при сравнении с активированным углем марки СКТ-6А и углем-катализатором марки КТ-1.
Изотермы адсорбции и десорбции паров бензола, являющегося стандартным веществом для оценки пористой структуры различных материалов, определялись при температуре 293°К на высоковакуумной сорбционной установке с пружинными кварцевыми микровесами с чувствительностью около 20 мкг.
В экспериментальной работе нами был использован метод равновесной адсорбции в интервале относительных давлений паров бензола от 1.10"6мм рт.ст. до давления насыщенных паров.
Предварительно образцы вакуумировали при температуре 293°К до остаточного давления 10~5 мм рт.ст. и постоянной массы навески.
Анализ экспериментальных изотерм проводили с применением современного математического аппарата теории объемного заполнения микропор, включая уравнения Дубинина - Радушкевича, Дубинина - Стёкли и теории полимолекулярной адсорбции.
Изотермы адсорбции и десорбции паров бензола углем-катализатором КТ-1, сорбирующими материалами, содержащими уголь КТ-1, представлены на рисунках 1-3.
Как видно из представленных рисунков, изотермы адсорбции паров бензола активными углями с модификацией (100- %) существенно отличаются от изотерм адсорбции образцами угленаполненной целлюлозы, и дублированного защитного материала.
Изотермы адсорбции паров бензола активными углями имеют форму, характерную для адсорбентов, содержащих микро- и мезопоры.
(> 4 - -
Рис. 1. Изотермы адсорбции паров бензола активными углями. О - угля - катализатора КТ - 1, А - целлюлозы, содержащей уголь КТ - 1, и дублированной материалом с дискретным клеевым покрытием. Пунктирная линия - ветвь десорбции
_I_1
0 0.5 1.0 Р/Р^
Рис. 2. Изотермы адсорбции паров бензола образцами на основе активированного угля марки
СКТ — 6А
Адсорбционная и десорбционная ветвь изотерм адсорбции бензола углем -катализатором КТ-1 и активированным углем СКТ-6А образуют петли гистерезиса, форма которых характерна для адсорбентов, имеющих щелевидные поры.
Величина адсорбции паров бензола угленаполненной целлюлозой, содержащей 28% активного угля марки КТ-1, а также образцом, содержащим 35% угля марки СКТ-6А, снижается в 3,0-3,5 раза пропорционально уменьшению содержания угля в образце. Изотерма адсорбции паров бензола материалом, дублированным тканью с дискретным термоклеевым покрытием, отражает более низкие значения величины адсорбции во всем диапазоне равновесных давлений, которые соответствуют содержанию активного угля в материале в количестве 8 - 10%.
Для анализа пористой структуры образцов применялся современный аппарат теории объемного заполнения микропор и теории полимолекулярной адсорбции.
Параметры, полученные по уравнению Дубинина — Радушкевича, хорошо согласуются с результатами, полученными при расчетах по уравнению Дубинина - Стекли, что служит подтверждением корректности оценки характеристик пористой структуры.
Анализ полученных результатов показывает, что наиболее развитой пористой структурой обладает активированный уголь СКТ-6А.
Полученные нами изотермы адсорбции демонстрируют разнообразный характер процесса полученной адсорбции, который протекает в угленаполненном субстрате. Характерные и полученные изотермы адсорбции паров бензола в модифицированном нами материала с ярко выраженной выпуклой частью в начальной области характерна для мезопористых исследуемых структур образцов.
Наличие петли гистерезиса говорит о присутствии явления капиллярной конденсации, в мезопорах.
На основании классификации де Бура [5] форма петли гистерезиса, которая видна на графическом изображении изотермы адсорбции исследуемого модифицированного образца, свойственна порам, которые состоят из плоскопараллельных частиц, что характеризуется структурой целлюлозной составляющей исследуемого материала.
Для модифицированного углесодержащего субстрата, входящего в состав образца, наиболее вероятен сценарий наличия щелевидных микропор и мезопор, что довольно близко к модели поры с плоскопараллельными стенками. Из анализа построенной нами экспериментальной изотермы адсорбции можно отметить, что для образца модифицированного субстрата отмечается сочетание адсорбции в микропорах по механизму объемного заполнения и капиллярной конденсации в мезопорах.
Рис. 3. Изотермы адсорбции паров бензола образцами: А - материала для противогаза, О — целлюлозы. Пунктирная линия - ветвь десорбции
Характеристика начала выпуклого участка изотермы, при совпадении адсорбционных и десорбционных ветвей, по уравнению Дубинина - Радушкевича показала, что образец содержит микропоры соданными характеристиками: У0= 0,14 см3/г, Е0 = 18,12 кДж/моль и хс= 0,55 нм.
Объем мезопор, рассчитанный как разность предельного сорбционного объема и объема микропор составляетУме = 0,13 см /г.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования подтверждают высказанное ранее положение: адсорбционная способность угленаполненного материала зависит от количества высокоэффективного тонкодисперсного угольного адсорбента, содержащегося в нем, и не снижается при введении в материал термореактивной смолы и полипропиленовых волокон. Объем мезопор модифицированного материала, рассчитанный как разность предельного сорбционного объема и объема микропор, составляет Уме = 0,13 см /г.
Список литературы /References
1. Агеева С.А., Бобринецкий И.И., Конов В.И., Неволин В.К., Подгаецкий В.М., Пономарева
О.В., Савранский В.В., Селищев С.В., Симунин М.М. Исследование нанотрубчатых 3D-
композитов, полученных под действием лазерного излучения// Квантовая электроника.
Т. 39. № 4. Стр. 337-341, 2009.
2. Пармон В.Н. Фотокатализ: Вопросы терминологии // Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии. / Ред. К.И. Замараев, В.Н. Пармон. Новосибирск: Наука, 2005. С. 7-17.
3. Харламова М.В., Колесник И.В., Елисеев А.А., Лукашин А.В., Третьяков Ю.Д. Получение мезопористого оксида титана, допированного ионами металлов // Труды VIII Международной конференции Химия твёрдого тела и современные микро и нанотехнологии. Стр. 60-62, 2008.
4. Wei Sha, Haji Muhd Saymaizar, Haji Mat Daud, Xiaomin Wu. Gas nitriding of high strength titanium alloy b21s and its microstrucure // Microscopy and analyis №117. Pp. 5-8, 2009.
5. Ткачев А.Г., Мищенко С.В., Коновалов. В.И. Каталитический синтез углеродных нанотрубок из газофазных продуктов пиролиза углеродов. Российские нанотехнологии. Т. 2. № 7-8, 2007.
