АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Углеродные нанотрубки, их свойства, получение и применение 8
1.2 Сорбция ионов металлов углеродными нанотрубками 17
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 22
2.1 Объекты исследования 22
2.2 Методы исследования 23
2.3 Описание эксперимента 25
2.3.1 Синтез углеродных нанотрубок 25
2.3.2 Очистка и функционализация УНТ 26
2.3.3 Приготовление растворов гидроксида кальция 28
2.3.4 Адсорбция ионов Са2+ из раствора гидроксида кальция на поверхности
ФУНТ 30
2.4 Результаты эксперимента 32
2.4.1 Синтез и микроскопический контроль нативных углеродных нанотрубок 32
2.4.2 Очистка и функционализация УНТ 35
2.4.3 Приготовление растворов гидроксида кальция 36
2.4.4 Приготовление образцов эпоксидной смолы 36
2.4.5 Контроль образцов ФУНТ после адсорбции ионов Са2+ методом РЭМ 37
2.4.6 Контроль образцов эпоксидной смолы и композита «ФУНТ-эпоксидная
смола» после адсорбции ионов Са2+ методом РЭМ 40
2.4.7 Результаты кислотно-основного титрования 42
2.4.8 Обсуждение результатов 47
3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 51
3.1 Сетевое планирование 51
3.2 Расчет затрат на проведение ВКР 55
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 61
4.1 Общая характеристика научно-исследовательской лаборатории 61
4.2 Состав вредных и опасных факторов 62
4.3 Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда 62
4.3.1 Охрана труда при работе в химической лаборатории 62
4.3.2 Вредные вещества 64
4.3.3 Вентиляция 66
4.3.4 Освещенность 66
4.3.5 Шум 69
4.3.6 Электробезопасность 69
4.3.7 Пожарная безопасность 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
Углеродные нанотрубки являются перспективным материалом на ближайшие годы.Они обладают целым рядом уникальных свойств, делающими их интересными для многих отраслей промышленности. Одной из таких отраслей является производство строительных материалов. Модифицирование строительных материалов углеродныминанотрубками значительно улучшает их свойства. В частности, было установлено, что при добавлении в цементный бетон 0,006% углеродныхнанотрубок от массы цемента, прочность бетона на сжатие повышается на 96,8%, прочность на изгиб - на 45,1% и увеличивается его морозостойкость [1].
Эффективность модификации бетона углеродными нанотрубками не в последнюю очередь определяется способностью углеродных
нанотрубоксорбировать ионы кальция(с составе цемента содержится 50— 66%оксида кальция по массе),что обеспечило бы достаточно высокую адгезию между поверхностью трубок и компонентами бетона.
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование сорбции ионов кальция на углеродных нанотрубках, полученных в лаборатории кафедры. Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:
1) изучить литературу, о методах синтеза, структуре и свойствах углеродных нанотрубок, а также об уже проводившихся исследованиях сорбции углеродныминанотрубками ионов различных металлов;
2) получить прекурсоры катализатора и синтезировать на никелевом катализаторепиролизом ацетилена углеродный депозит, содержащий нанотрубки;
3) выполнить очистку и функционализацию полученного углеродногодепозита с целью получения функционализированныхуглеродныхнанотрубок;
В ходе работы была изучена литература о методах синтеза, структуре и свойствах углеродных нанотрубок. Произведен анализ вредных и опасных факторов, произведен ряд мероприятий по защите от этих факторов. Произведено сетевое планирование выпускной квалификационной работы, построен ее сетевой график, произведен расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы.
1. Выполнен обзор литературных данных,посвященных свойствам и применению углеродных нанотрубок, в частности, по сорбционным свойствам углеродных нанотрубокпо отношению к ионам металлов. Установлено, что данных по адсорбции кальция углеродными нанотрубкамине достаточно. Исходя из этого поставлена цель исследовать адсорбционные свойствауглеродныхнанотрубок по отношению к ионам кальция.
2. Получены катализаторы синтеза углеродныхнанотрубок и получен углеродный депозит каталитическим пиролизом ацетилена на никелевом катализаторе.
3. С помощью растрового электронного микроскота произведена аттестация полученного углеродного депозита, с целью установления наличия в нем углеродныхнанотрубок.
4. Произведена очистка и функционализациянативного углеродного депозита.
5. Изучена адсорбция ионов кальция функционализированными углеродными, по полученным данным построена изотерма сорбции, которая была описана уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха, вычислены константы уравнения Ленгмюра (Ада = 3,57 ммоль/г, К = 0,89) и Фрейндлиха (К = 44,7, п= 0,28).
6. Изучена морфология порошкообразных функционализированных углеродным нанотрубок, прошедших адсорбцию кальция, на растровом электронном микроскопе, по итогам которой установлено, что на изучаемых образцах имеет место сорбция кальция.
7. Получен композит «ФУНТ-эпоксидная смола», а также холостой образец эпоксидной смолы, изучена их адсорбционная способность по ионам кальция.
8. Изучена морфология адсорбированного слоя кальция на композите «ФУНТ- эпоксидная смола», установлено, что добавка функционализированныхуглеродныхнанотрубок к эпоксидной смоле существенно меняет ее структуру, в частности делает ее поверхность однородной.
Результаты работы рекомендуется использовать для дальнейших исследований углеродных нанотрубок и способов модификации ими различных строительных материалов лаборатории кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ.
