Электрохимический синтез низкоплотных углеродных материалов для очистки воды

Установлена возможность регулирования соотношения скоростей объемных и поверхностных реакций варьированием потенциала анодной обработки графита и сообщаемого количества электричества. Выявлена зависимость степени расширения СВГ при ТО от условий анодной обработки графита в Н3 различной концентрации, тем самым созданы условия для реализации управляемого электрохимического синтеза терморасширяющихся соединений графита. Изучены ионообменные и адсорбционные свойства ТРГ и изделий на его основе.

Практическая значимость работы. Определены условия электрохимической обработки дисперсного графита в азотнокислых электролитах, обеспечивающие синтез терморасширяющихся соединений с максимальной производительностью при наименьших энергозатратах. Полученные результаты могут служить основой для разработки эффективной технологии производства СВГ с азотной кислотой. Выявлены условия анодного синтеза, получены образцы СВГ с высокой степенью терморасширения при температурах 200-300°С. Разработана и апробирована методика регистрации толщины графитового слоя в ходе синтеза, что позволило получить ценную информацию о процессах интеркалирования и для проектирования оборудования. Отработан способ формирования самопрессующихся углеродных материалов на основе ТРГ. Показана возможность использования ТРГ и фильтров из него для ионно-адсорбционной очистки воды отряда катионов металлов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Кинетические закономерности анодных процессов на дисперсном графитовом электроде в растворах НЖ) 3.

2. Влияние режимов электрохимической обработки дисперсного графита и концентрации HN03 на свойства образующихся СВГ.

3. Результаты исследований физико-химических свойств терморасширенного графита и изделий на его основе.

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции "Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат".

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 статья в центральной печати, 5 - в сборниках статей.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы из наименований. Она изложена на страницах, содержит рисунков и таблиц.

Содержание работы. Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и значимость работы.

В главе 1 обобщены литературные сведения по соединениям внедрения графита, их структуре, свойствам и способам получения. Систематизирована информация о процессах, протекающих на углеродных материалах при анодной поляризации в различных электролитах.

Приведены данные по сорбционным и ионообменным свойствам углеродных материалов, применяемых в процессах водоочистки и водоподготовки. Проанализировано влияние состава их поверхности на механизм извлечения катионов металлов. Рассмотрены основные современные методы и технологии очистки воды от ионов некоторых металлов.

В главе 2 описаны объекты и методы исследований, использованные в работе. Электрохимические измерения проведены с применением потенциометрического, хроновольтамперометрического и потенциостатического методов. Все значения потенциалов в работе измерены относительно стандартного хлорсеребряного электрода. Приведены условия гидролиза СВГ и перевода полученных соединений в пенографит и углеродные изделия. Свойства синтезированных материалов исследовались с использованием рентгенофазового анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Представлены методики приготовления модельных растворов и изучения адсорбционно-ионообменных свойств пористых углеродных материалов.

В главе 3 представлены результаты исследований электрохимического интеркалирования дисперсного графита в 3,0-13,5 М растворах Н, данные по потенциостатическому синтезу СВГ и изучению свойств получаемых соединений.

Согласно циклическим потенциодинамическим кривым (ЦПДК) на графитовом электроде при потенциалах: до 1,3 В протекает преимущественно обратимое окисление ПФГ. Подъем тока на анодном полуцикле при более высоких потенциалах вызван наложением на процесс окисления ПФГ реакции внедрения.