Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Стеклоуглеродные материалы 10
1.1.1. Формы углерода 10
1.1.2. Стеклоуглеродные материалы, получение и применение 13
1.1.3. Структура пор 16
1.1.4. Свойства стеклоуглерода 18
1.1.5. Адсорбция на пористых углеродных материалах 20
1.1.6. Электрохимия стеклоуглерода 22
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объект исследования 23
2.2. Методы исследования 27
2.2.1. Определение величины адсорбции бензола 27
2.2.2. Определение величины адсорбции азота 27
2.2.3. Исследование морфологии образцов 28
2.2.4. Методика измерения скорости течения жидкости
при пропитке пористого материала 29
2.2.5. Методика исследования электрохимических свойств 30
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Адсорбции бензола 33
3.2. Результаты определение параметров пористости методом
адсорбции азота 34
3.3. Морфология стеклоуглеродных материалов 39
3.4. Динамика течения жидкости при пропитке пористого материала 45
3.5. Электрохимические свойства стеклоуглеродных материалов 48
4 ВЫВОДЫ 5 5
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
В настоящее время все актуальней становится тема развития и применения наноматериалов. В различных сферах стали применять новые материалы из углерода. Исследование наноматериалов стало одним из главных направлений работы многих научных коллективов.
Современные технологии характеризуются быстрым развитием, требующих рациональности и миниатюризации размеров объектов. Нанопористые углеродные материалы раскрывают широкие возможности использования их уникальных физико-химических свойств для различных применений. Они могут быть использованы для разработки технологии производства различных адсорбентов и каталитически активных материалов, в том числе: фильтрующих элементов для электронной, химической, пищевой промышленности, поглотителей вредных веществ из воздуха, носителей катализаторов, электродов электролитических конденсаторов, электродов топливных ячеек. Последняя область представляется особенно важной, затрагивающей интенсивно развивающуюся индустрию топливных элементов как портативных источников питания.
В наши дни ведутся активные разработки эффективных и экономически целесообразных методов получения новых форм углеродных материалов, а также изучение их свойств и применимости в различных отраслях. Один из таких материалов - нанопористый стеклоуглерод.
Целью работы является изучение взаимосвязи пористости, адсорбционных и электрохимических свойств микропористых стеклоуглеродных материалов.
Задачей работы является экспериментальное исследование образцов стеклоуглеродного материала, полученных термолизом фурановых полимеров, полученных в тройной системе, состоящей из фурфурилового спирта (ФС), триэтиленгликоля (ТЭГ) и полиэтилен-10-гликолевого эфира изооктилфенола (ОП-10) с добавлением HCl в качестве катализатора [1].
Исследования проводились путем определения таких характеристик:
1) удельная площадь поверхности,
2) адсорбционная емкость,
3) плотность,
4) размер и объем пор,
5) скорость диффузии жидкости,
6) особенности вольт-амперограмм.
Данные величины измерялись с помощью:
1) автоматического анализатора удельной поверхности и пористости ASAP 2020,
2) оригинальной установки для измерения адсорбции паров бензола весовым методом,
3) растрового электронного микроскопа Jeol JSM7001F,
4) оригинальной установки для измерения
1. В результате проведенного метода электронной микроскопии в материале обнаружено наличие макропор размерами 0,1-6 мкм. При анализе изотерм адсорбции азота обнаружено существование мезопор размерами 5-30 нм, и микропор размерами 1,5-2 нм.
2. Диаметр пор, пористость, площадь поверхности коррелируют с изменением состава исходных растворов.
3. При уменьшении содержания ТЭГ уменьшаются размеры макропор и увеличиваются размеры микропор. При содержании ТЭГ около 70 процентов микро и макропоры становятся неразличимы и имеют размер около 80 нм, а при менее 70% мультимодальная пористость пропадает, образуются беспористые, плотные материалы.
4. Увеличение значений удельной поверхности образцов, рассчитанных по способу БЭТ, коррелирует с увеличением адсорбции бензола.
5. Исследована скорость течения жидкости при пропитывании пористых образцов. Найдено, что скорость заполнения пор жидкостью, в соответствии с моделью течения по цилиндрическим капиллярам, пропорциональна третьей степени радиуса макропор. Сделан вывод об открытой пористости образцов.
6. Анализ вольтамперограмм показал, что увеличение площади поверхности материала приводит к росту плотности токов, протекающих через электрод.
7. Образцы OZ16-18 имеют наибольшую перспективу использования в качестве электродов электрохимических устройств.
Полученные результаты расширили представления о влиянии состава раствора на свойства получаемого стеклоуглеродного материала и его морфологию. Благодаря этому, можно выявить образцы с оптимальными характеристиками, которые могут использоваться в качестве адсорбентов, мембран и фильтров, носителей для катализаторов, электродов в топливных ячейках и электролитических конденсаторах, материалов для высокочастотной электроники.
