Наномодифицирование сорбентов для очистки жидких сред

Размещено на http://www.allbest.ru/

18

На правах рукописи

Специальность 05.17.08

Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАНОМОДИФИЦИРОВАНИЕ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД

Романцова Ирина Владимировна

Тамбов 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ») на кафедре «Техника и технологии производства нанопродуктов».

Научный руководитель Ткачев Алексей Григорьевич, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Мухин Виктор Михайлович, доктор технических наук, профессор, начальник лаборатории активных углей открытого акционерного общества «ЭНПО «Неорганика» Баранов Дмитрий Анатольевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет», заведующий кафедрой «Процессы и аппараты химических технологий»

Ведущая организация Открытое акционерное общество «Корпорация «Росхимзащита», г. Тамбов

Защита диссертации состоится 27 сентября 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ») по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 27 августа 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Нечаев Василий Михайлович

1. Общая характеристика работы

Актуальность. Проблемы тонкой очистки жидких сред, регенерации сточных вод, комплексной водоподготовки для высокотехнологичных отраслей промышленности актуальны и обусловлены все более ужесточающимися современными требованиями. Перспективным направлением для создания эффективных сорбентов является их модифицирование углеродными наноматериалами, в частности, углеродными нанотрубками (УНТ). Наиболее распространенные сорбенты - активированный уголь (АУ) и цеолиты, модифицирование которых существенно увеличивает их адсорбционную активность.

Использование УНТ обусловлено их высокими адсорбционными характеристиками, возможностью изменения химии поверхности и структурными особенностями нанометрового диапазона, которые определяются методом и параметрами синтеза. Распространенным промышленным способом получения УНТ является газофазное химическое осаждение (ГФХО) с применением металлоксидных катализаторов, позволяющее получать структуры УНТ на носителях. Важнейшее влияние на структуру нанотрубок оказывают технология приготовления металлоксидных катализаторов и их химическая природа. Определение зависимости свойств нанотрубок от параметров используемых катализаторов позволяет получать УНТ с регулируемыми характеристиками (длина, диаметр, степень дефектности и т.д.) для поверхностного модифицирования пористых носителей.

Исследования, выполненные в работе, поддержаны ФСРМФПвНТС («УМНИК» ГК № 6536р/9014 от 20.01.2009 г. и ГК № 7675/11217 от 31.03.2010 г.; «СТАРТ» ГК № 9073р/14859 от 27.04.2011 г.), грантом Президента РФ МК-6578.2013.8, договор № 14.124.13.6578-МК от 04.02.2013 г.

Цель работы - разработка процесса углеродного наномодифицирования промышленных сорбентов для очистки жидких сред.

Задачи исследования. Для достижения цели диссертации были поставлены следующие задачи:

- установить влияние химического состава и физико-химических характеристик катализаторов синтеза УНТ на их активность, структурные и дисперсные параметры;

- выявить зависимость параметров структуры нанотрубок от химического состава катализатора;

- разработать процесс получения наномодифицированных сорбентов на основе АУ (АГ-5, NWC) и синтетических цеолитов (NaX), позволяющий повысить их эффективность;

- исследовать сорбционные характеристики полученных сорбентов и механизмы влияния УНТ на процесс адсорбции примесей из жидких сред, в том числе ионов тяжелых металлов и примесей в водно-спиртовых смесях;

- разработать математическую модель полей концентраций гранул сорбента в процессе адсорбции с целью определения эффективных коэффициентов диффузии;

- предложить аппаратурно-технологическое оформление процесса углеродного наномодифицирования сорбентов, приемлемое для промышленного применения.

Объект исследования. Технологический процесс получения наномодифицированных сорбентов для очистки жидких сред.

Предмет исследования. Адсорбционные характеристики наномодифицированных активированных углей и цеолитов.

Научная новизна работы:

· предложен новый способ модифицирования сорбентов (активированных углей и синтетических цеолитов) путем синтеза структуры углеродных нанотрубок газофазным химическим осаждением на металлоксидных катализаторах, полученных золь-гель-методом и методом мокрого сжигания (Пат. 2476268 РФ); определены области применения - очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов, тонкая очистка водно-спиртовых смесей;

· предложена физическая модель получения наномодифицированных активированных углей, на основе которой разработана адекватная математическая модель процесса адсорбции стандартных и модифицированных активированных углей;

· впервые выявлено влияние химической природы металлоксидного катализатора (в том числе Ni-Co (Ni-Y, Ni-Mo)/MgO; Fe-Co (Fe-Mo, Co-Mo)/MgO-Al2O3), технологии его приготовления и эксплуатационных характеристик на структуру синтезированного слоя углеродных нанотрубок (длина, диаметр, степень дефектности). Установлено, что применение в качестве активных металлов Ni-Co, Ni-Y, Ni-Mo позволяет получить коническую ориентацию углеродных слоев нанотрубок, а сочетаний Fe-Co, Fe-Mo, Co-Mo - цилиндрическую;

· впервые установлено увеличение степени поглощения по отношению к альдегидам, хлоридам при обработке водно-спиртовых смесей и к ионам тяжелых металлов (Со2+, Ni2+) при извлечении из водных растворов на основе данных о влиянии структуры углеродных нанотрубок, синтезированной в пористом пространстве сорбента, на адсорбционную способность поглотителей.

Практическая ценность:

· получены опытные образцы катализаторов составов: Ni-Co (Ni-Y,Ni-Mo)/MgO, (Fe-Mo,Co-Mo)/MgO-Al2O3, позволяющие синтезировать УНТ с низким содержанием примесей (аморфного углерода, частиц катализатора);

· разработаны рекомендации по выбору способа синтеза катализатора и его состава на основе данных о влиянии химической природы металлоксидного катализатора на структуру синтезированного слоя УНТ. Для модифицирования сорбентов предложено применять катализатор состава Ni/Co-MgO, полученный цитратным золь-гель-методом;

· изготовлены и исследованы опытные образцы наномодифицированных сорбентов на основе АУ (АГ-5, NWC) и синтетических цеолитов (NaX) со следующими параметрами слоя УНТ: диаметр УНТ 10…50 нм, длина 0,2…1 мкм. Установлено увеличение адсорбционной емкости наномодифицированных сорбентов по сравнению со стандартными материалами при обработке водно-спиртовых смесей по отношению к альдегидам, хлоридам (ГОСТ Р 51135-98) и в процессах извлечения из водных растворов ионов тяжелых металлов Со2+ и Ni2+ на 30% и 10…15%, соответственно;

· разработано аппаратурное оформление процесса формирования слоя нанотрубок (Пат. 106253 РФ) путем создания в пористом пространстве поглотителей наноструктуры, обеспечивающее получение равномерно-распределенного массива нанотрубок с регулируемыми параметрами;

· определено значение эффективного коэффициента диффузии ионов Со2+ в слое УНТ, равное D2 = 0,13•10-9 м2/с, рассчитанное по уравнениям предложенной математической модели.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на молодежной школе-семинаре «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства» (Владимир, 2008 - 2010); IX Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2009); I молодежном инновационном Конвенте ЦФО (Дубна, 2009); II Всероссийском молодежном инновационном Конвенте (Санкт-Петербург, 2009); VII международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы и технологии их производства» (Владимир, 2010); II всероссийской научно-инновационной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2009 -2011); I международной российско-китайской конференции молодёжной школе-семинаре «Современные лазерная физика и лазерные информационные технологии для науки и производства» (Суздаль, Владимир, 2011); VII Международной научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (Тула, 2012); международной научно-практической конференции «Наука и образование для устойчивого развития экономики, природы и обществ» (Тамбов, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 работ, из которых 9 статей входят в перечень ВАК, 1 монография, получено 2 патента РФ и 2 положительных решения на выдачу патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыре главы, основные выводы и результаты, список литературы (226 наименований) и приложение. Работа изложена на 158 страницах основного текста, содержит 69 рисунков и 32 таблицы.

2. Содержание работы

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель работы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

В первой главе выполнен обзор литературных и патентных данных о современном уровне исследований в области модифицирования пористых сорбентов и основные сферы применения. Изложены особенности процесса получения УНТ, химической природы и технологии приготовления катализатора. Изучены способы получения катализаторов. Рассмотрены адсорбционные характеристики УНТ.

Вторая глава посвящена разработке методики приготовления металлоксидных катализаторов. Получены экспериментальные образцы различных составов, на которых синтезированы УНТ, исследованы физико-химические свойства катализаторов и УНТ. Для получения катализаторов предложены два варианта (разновидность конденсационных растворных методов приготовления наноразмерных частиц оксидов): цитратный золь-гель-метод и метод мокрого сжигания. Синтез УНТ осуществлялся методом ГФХО в реакторе периодического действия (ООО «НаноТехЦентр», г. Тамбов). Производительность реактора - 2 т/год. Активность катализатора определяли по удельному выходу УНТ: .

Первый раздел второй главы содержит результаты исследования золь-гель-катализаторов и определения их структурных и дисперсных характеристик. В качестве модельного состава выбран NiO-MgO как наиболее распространенный для производства УНТ. Для промотирования использованы металлы: Co2+ (1…30% мас.), Mo6+ (1…10% мас.), Y3+ (1…8% мас.), Fe3+ (1…3% мас.). Содержание матрицы MgO постоянно - 40% мас.

Проводилась оценка влияния гранулометрического состава катализатора на его активность. Катализатор рассеивали по фракциям 40…56, 56…64, 64…71, 71…80, 80…100, 100…200 мкм. Максимальный удельный выход (рис. 1) для всех составов соответствует фракции 71…80 мкм. Дисперсность катализатора определяли на приборе «Микросайзер-201С». В результате ультразвукового воздействия в ходе измерений получали частицы с максимумом на распределении по размерам при 37,7…43,3 мкм независимо от величины исходной фракции. Измерение структурных характеристик золь-гель-катализаторов осуществлялось методом БЭТ. Выявлено, что значения удельной поверхности составляют 33…133 м2/г и удельной поверхности мезопор - 28…138 м2/г.

Изучено влияние удельной поверхности катализаторов (NiO/CoO/MgO) на их активность. Экспериментально установлено, что активность катализатора зависит от удельной поверхности - возрастает с ее увеличением. Эффективность катализаторов оценивалась по качеству УНТ (диаметр, длина, наличие примесей, степень дефектности), с помощью методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии (ВРЭМ). По данным СЭМ (рис. 2) катализаторы позволяют получать УНТ различной структуры путем изменения концентраций активных металлов (Ni2+, Co2+, Mo6+, Y3+, Fe3+). Согласно ВРЭМ, УНТ образованы коническими углеродными слоями. Внутренний канал УНТ составляет не более 20% внешнего диаметра. Прослеживаются частицы катализатора размером 10…30 нм.

Рис. 2. СЭМ-изображения УНТ, полученных на золь-гель-катализаторе

Атомный состав компонентов каталитически активных металлов (Fe3+, Co2+, Mo6+) оставался постоянным. Максимально высокую активность проявляет состав (Co,Mo)/MgO-Al2O3 (рис. 3). Для всех систем наблюдается максимум выхода нанотрубок при Mg/(Mg + Al) = 0,72…0,03. Для катализаторов серии FeMo0,1MgxAly методом БЭТ определены структурные характеристики: удельная поверхность - 79…165 м2/г, удельный объем пор - 0,14…1,07 см3/г, средний радиус пор - 1,9…8,9 нм. В среднем, удельная поверхность УНТ составляет 200 м2/г. Диаметр нанотрубок составляет порядка 10…20 нм. Ориентация графеновых слоев - цилиндрическая. Диаметр внутреннего канала - 4…8 нм. Длина УНТ - более 2 мкм. Количество углеродных слоев - 8…10 (рис. 4). Результаты проведенных комплексных исследований металлоксидных катализаторов приведены в сводной табл. 1. катализатор наномодифицированный сорбент цеолит

Анализ результатов показывает, что оба метода позволяют получить эффективные мезопористые катализаторы. Отсутствие аморфного углерода в образцах УНТ говорит о высокой селективности используемых катализаторов. Для создания наномодифицированных сорбентов методом ГФХО выбраны золь-гель-катализаторы (коническая ориентация слоев УНТ) следующих составов: Ni,Co/MgО; Ni,Mo/MgО; Ni,Fe,Co/MgО, так как полученные на них УНТ имеют отличные друг от друга структурные параметры (диаметр, длина УНТ).

Рис. 4. СЭМ- (а) и ВРЭМ-изображения (б) УНТ

1. Основные характеристики каталитических систем

Рис. 5. СЭМ-изображение поверхности модифицированных образцов

Третья глава посвящена разработке процесса получения нано-модифицированных АУ (АГ-5, NWC) и цеолитов (NaX), предложена схема данного процесса, включающая стадии: 1) сушка сорбента на воздухе при 120…150 єС; 2) пропитка поглотителя раствором прекурсоров катализатора, предварительно обработанным при 80 єС; 3) прокаливание импрегнированного образца при 500…550 єС; 4) синтез УНТ в опытно-промышленном реакторе (Пат. 106253 U1 РФ); 5) кислотная очистка наномодифицированных образцов от частиц катализатора и аморфного углерода. Характеристики синтезированных на поверхности сорбентов УНТ (рис. 5): диаметр 15…30 нм, содержат частицы катализатора. В ОАО «ЭНПО «Неорганика» исследованы АУ АГ-5 и NWC, проведен сравнительный анализ качества стандартных и модифицированных материалов. Анализ результатов показывает, что при модифицировании АУ происходит снижение параметров пористой структуры: уменьшение суммарного объема пор для АУ АГ-5 с 0,45 до 0,42 см3/г, для АУ NWC - c 0,46 до 0,39 см3/г. Отмечено уменьшение содержания водорастворимой золы для АУ АГ-5 с 0,69 до 0,45% мас., для АУ NWC - c 2,5 до 0,72% мас., что способствует эксплуатации угля в жидкофазных процессах.

В данной главе предложено аппаратурно-технологическое оформление процесса наномодифицирования (рис. 6), позволяющее реализовать получение сорбентов в объемах опытно-промышленного производства.

Рис. 6. Схема технологического процесса получения наномодифицированных сорбентов

Исходные компоненты из бункеров Б1 - Б4 и емкости Е1 через дозаторы Д1 - Д4 и насос-дозатор НД1 поступают в реактор-смеситель РС1. Дистиллированную воду получают в дистилляторе ДИС и направляют в РС1, где происходит смешение компонентов катализатора и температурная обработка при 80 єС. Из реактора образовавшийся золь направляют через НД3 в РС2 (шнековый реактор-смеситель), куда из бункера Б5 через Д5 подается сорбент, нагретый до 150 °С. Далее происходит пропитка раствором катализатора пористого носителя при температуре 120 °С. Затем материал поступает в реактор синтеза УНТ (Р). Наномодифицированный сорбент проходит очистку в аппаратах кислотной (АКО) и ультразвуковой отмывки (АУО), отмывается в нейтрализаторе кислоты НК и отправляется в сушильную камеру (СК) и далее в бункер Б6 на хранение.

Эффективность наномодифицированных сорбентов оценивали на примере очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов (Со2+, Ni2+) АУ марки АГ-5 и NWC в статических условиях. Модельными растворами являлись: нитрат кобальта (0,172…1,856 М), время адсорбции - 40 мин, и хлорид никеля (0,05…1 М), время адсорбции - 30 мин. Величину адсорбции определяли по формуле Гиббса.

Анализ зависимостей (рис. 7) показывает, что изотермы поглощения ионов Со2+ соответствуют S-типу (по классификации Гилльса), к которому относятся процессы адсорбции, протекающие по мономолекулярному механизму. Адсорбция ионов Ni2+ происходит в соответствии с теорией М. Поляни, изотермы относятся к L-типу, что свидетельствует о полифункциональном распределении растворенного вещества.

Рис. 7. Изотермы адсорбции ионов Со2+ (а) и Ni2+ (б) из водных растворов на АУ марок АГ-5, АГ-5-Н, NWC, NWC-H

Сравнение значений сорбционной емкости по ионам Со2+ и Ni2+ наномодифицированных образцов АУ по сравнению со стандартными материалами приведено в табл. 2.

Расхождение между экспериментальными и теоретическими (изотермы Фрейндлиха и Ленгмюра) данными при адсорбции ионов Со2+ АУ марки АГ-5, АГ-5-Н, NWC составляет 1,5…9%. Адсорбция ионов Со2+ на АУ марки NWC-H описывается уравнением Фрейндлиха ( 0,5…1%). Для ионов Ni2+ в области малых и средних концентраций расхождение теоретических изотерм с экспериментальными зависимостями - 10…15% для всех марок угля.

2. Значения адсорбционной емкости поглотителей

Апробация наномодифицированных образцов проводилась применительно к процессам очистки водно-спиртовых смесей (ВСС) (ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии РАСХН, г. Москва). Эффект очистки оценивали по физико-химическим показателям качества и по разности в окисляемости сортировки, а также дегустационным показателям. Во всех образцах ВСС после обработки АУ повышалась величина рН от 6,9 до 7,1…7,45. Наибольшее увеличение показателей отмечено после образца с УНТ (Ni,Fe,Co/MgO): улучшились окисляемость - на 7,3 мин, органолептические показатели - на 0,06 балла. Наблюдалось снижение содержания уксусного альдегида для обработанных цеолитами ВСС. Незначительно снизилась жесткость - от 0,2 до 0,15 єЖ, концентрация хлоридов от 4,4 до 2,4…3,6 мг/дм3, увеличилась величина рН от 9 до 9,05…9,2. Повысилась окисляемость ВСС (лучшая разность в окисляемости (2 мин), улучшились органолептические показатели (на 0,04 балла). Результаты свидетельствуют, что наномодифицированные сорбенты перспективны для поглощения ионов тяжелых металлов и финишной доочистки ВСС. Адсорбция происходит за счет эффектов: 1) наличие на поверхности УНТ функциональных групп (СООН, ОН), участвующих в процессе адсорбции; 2) УНТ представляют собой скрученные графеновые слои и обладают высокой поверхностной энергией, что позволяет говорить о повышенной адсорбционной активности нанотрубок.

В четвертой главе представлено физическое описание процесса наномодифицирования АУ. Вокруг частицы сорбента образуется оболочка из спутанных УНТ (рис. 8). Выдвинутые предположения о механизме формирования структур УНТ основываются на анализе данных СЭМ модифицированных сорбентов. Средняя расчетная толщина сформированного слоя УНТ на кокосовом угле с приведенным диаметром сферических частиц 3 мм составляет 130 мкм, а для АГ-5 с приведенным диаметром частиц 2,4 мм - 100 мкм. С целью определения кинетических параметров сорбентов (эффективных коэффициентов диффузии в частице сорбента и слое УНТ; статической адсорбционной емкости) разработана математическая модель процесса адсорбции.

Сделаны допущения: 1) частицы сорбентов имеют каноническую форму шара; 2) слой УНТ и частицы сорбента изотропны; 3) процесс диффузии изотермический. Постановка математической модели полей концентраций для сплошного двухслойного шара (внешний слой УНТ, внутренний слой - частица сорбента) имеет следующий вид:

Н.У.

Г.У.

.

Решение задачи (1) - (7), полученное методом конечных интегральных преобразований по координате r, имеет вид

Расчетные значения эффективного коэффициента диффузии ионов Со2+ в слое УНТ приведены в табл. 3 с указанием погрешности определения.

3. Значения эффективного коэффициента диффузии ионов Со2+

Проверка адекватности математической модели осуществлялась сравнением результатов расчета с экспериментальными данными кинетики убыли концентрации Co2+ в водном растворе. Экспериментальные данные получены при начальных концентрациях Co2+ 0,619 М и 0,172 М. Как видно из рис. 9, расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 5…6%. С использованием уравнений математической модели выполнены расчеты концентрационных полей модифицированных и стандартных углей (рис. 10).

Рис. 9. Сравнение расчетных и экспериментальных данных кинетики сорбции Co2+ при:

Рис. 10. Поля концентраций в модифицированных сорбентах при с0 = 0,619М (время экспозиции - 600 с):

Для сравнения эффективности модифицированных АУ выполнены компаративные расчеты кинетики адсорбции при начальной концентрации ионов Co2+ в растворе 0,619 М, позволяющие определить значения статической адсорбционной емкости сорбентов. Результаты расчета представлены на рис. 11. Процесс модифицирования АУ позволяет повысить статическую адсорбционную емкость сорбентов в 1,7 раза и в 1,1 раза соответственно.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Разработан новый процесс модифицирования промышленных сорбентов на основе АУ (АГ-5, NWC) и синтетических цеолитов (NaX), позволяющий повысить адсорбционную способность поглотителей.

2. Подтверждена эффективность применения методов золь-гель и мокрого сжигания для приготовления катализатора синтеза УНТ, имеющего следующие характеристики: активность 35…40 г/г; удельная поверхность 61…133 м2/г; дисперсность 11,2…16,1 мкм (метод мокрого сжигания), 39,1…47,1 мкм (золь-гель-метод); насыпная плотность 190…800 кг/м3.

3. Доказано, что путем варьирования соотношения активных металлов катализатора (Ni2+, Co2+, Mo6+, Y3+, Fe3+) и компонентов матрицы (MgO, Al2O3) возможно синтезировать слой УНТ с регулируемыми параметрами на поверхности сорбентов.

4. Предложено аппаратурное оформление процесса наномодифицирования АУ и синтетических цеолитов, включающее операции: получение катализатора, импрегнирование сорбентов раствором веществ-прекурсоров, прокалка пропитанных образцов, синтез УНТ.

5. Проведены сравнительные испытания опытных образцов наномодифицированных и стандартных АУ (АГ-5 и NWC) в процессах очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов. Установлено, что наномодифицирование позволяет увеличить адсорбционную емкость сорбентов по ионам Со2+ на 30% и по ионам Ni2+ на 10…15%.

6. Применение наномодифицированных образцов при обработке ВСС уменьшает содержание уксусного альдегида и концентрацию хлоридов от 4,4 до 2,4…3,6 мг/дм3 (цеолит NaX). Для всех образцов улучшается окисляемость на 2…7 мин и органолептические показатели на 0,04 - 0,06 балла.

7. На основе предложенной физической модели разработана математическая модель полей концентраций гранул сорбента в процессе адсорбции. Методом сравнения расчетных данных с результатами эксперимента выполнена проверка адекватности математической модели. Расхождение не превышает 5…6%.

8. Математическая модель позволила вычислить эффективный коэффициент диффузии ионов Со2+ в слое УНТ: D2 = 0,13•10-9, м2/с; определить концентрационные поля модифицированных и стандартных кокосовых и каменных АУ марки NWC и АГ-5.

9. Расчеты с использованием уравнений предложенной математической модели показали повышение статической адсорбционной емкости наномодифицированных сорбентов в 1,7 и 1,1 раза для АУ NWC и АГ-5 соответственно.

10. Экспериментальные образцы наномодифицированных сорбентов в рамках совместных работ исследуются в лабораторно-производственных условиях ГНУ ВНИИПБТ РАСХН (г. Москва), ООО «Ишимбайский специализированный химический завод катализаторов», (г. Ишимбай), ФГБУН «Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова» РАН.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

A(µ), B(µ) - безразмерные функции; с0 - начальная концентрация в растворе, моль/л; ci - концентрация в i слое шара, моль/г; ci* - равновесная концентрация в среде, окружающей сорбент, моль/л; dср - средний диаметр нанотрубок, нм; D1, D2 - коэффициент эффективной диффузии частицы сорбента и слоя углеродных нанотрубок, м2/с; fi(ri) - начальное распределение концентрации в слое модифицированного сорбента, моль/г; Ky - удельный выход УНТ, г/г; Kymax - максимальный удельный выход УНТ, гС/гк; mпр, mк - массы синтезируемого продукта и катализатора соответственно, г; R1, R2 - радиусы частицы сорбента и слоя углеродных нанотрубок, м; r - координата, м; ф - время, с; µ - положительные корни трансцендентного уравнения; в - коэффициент массоотдачи от среды к поверхности сорбента, м/c.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ, ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография:

1. Романцова, И.В. Каталитический пиролиз структур углеродных нанотрубок. Поверхностное модифицирование функциональных материалов-носителей : монография / И.В. Романцова, А.Г. Ткачев, А.Е. Бураков. - Saarbrucken : LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG. - 2013. - 80 с. - ISBN 978-3-659-39024-1.

В периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

2. Влияние состава матрицы на активность металлооксидных катализаторов в CVD процессе получения углеродных нанотрубок / И.В. Романцова, А.В. Мележик, Т.П. Дьячкова, О.Н. Бычков, А.А. Шлыкова, М.А. Смыков, А.Г. Ткачев, Ю.И. Головин // Журнал прикладной химии. - 2012. - Т. 85, Вып. 5. - С. 782 - 787.

3. Romantsova, I.V. Multicomponent catalysts for synthesis of carbon nanotubes by chemical vapor decomposition method / I.V. Romantsova, A.V. Melezhik, A.G. Tkachev // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - Т. 19, № 1. - С. 108 - 120.

4. Романцова, И.В. Золь-гель синтез и исследование металлоксидных катализаторов для получения углеродных наноматериалов / И.В. Романцова, З.А. Михалева, А.Г. Ткачев // Физика и химия стекла. - 2013. - Т. 39, № 1. - С. 128 - 134.

5. Синтез пучков многостенных углеродных нанотрубок на катализаторе FeCoMo/Al2O3 / И.В. Иванова (Романцова), А.Г. Ткачев, А.В. Мележик, М.А. Смыков, А.В. Шуклинов, Т.П. Дьячкова, Е.Ю. Филатова, Р.А. Столяров // Химическая технология. - 2010. - № 12. - С. 725 - 732.

6. Применение углеродных нанотрубок для повышения эффективности работы волокнистых фильтров сверхтонкого обеспыливания газов / И.В. Иванова (Романцова), Е.А Буракова, А.Е. Бураков, А.Г. Ткачев, В.П. Таров // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2010. - Т. 16, № 3. - С. 649 - 655.

7. Исследование активации металлоксидных катализаторов для синтеза многослойных углеродных нанотрубок / И.В. Иванова (Романцова), Е.А Буракова, А.Е. Бураков, А.Г. Ткачев, З.А. Михалева, В.П. Таров // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2010. - Т. 16, № 2. - С. 337 - 342.

8. Многофункциональный углеродный наномодификатор «Таунит» / И.В. Иванова (Романцова), А.Е. Бураков, А.Н. Блохин, Н.Ю. Колесникова, А.Г. Ткачев // Строительные и дорожные машины. - 2010. - № 2. - С. 14 - 17.

9. Романцова, И.В. Математическое моделирование процессов адсорбции ионов кобальта Со2+ активированными углями, модифицированными углеродными нанотрубками / И.В. Романцова, А.В. Рухов, Е.Н. Туголуков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - Т. 19, № 2. - С. 360 - 367.

10. Повышение качественных характеристик адсорбентов при формировании поверхностной структуры углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом углеводородов / И.В. Романцова, А.Е. Бураков, Е.А. Буракова, А.Г. Ткачев, Е.Н. Туголуков // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2013. - Т. 13, Вып. 3. - С. 334 - 342.

Патенты:

11. Пат. 106253 Российская Федерация, U1 D01F9/10 (2006.01). Реактор для получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом / Бураков А.Е., Кобцева Ю.А., Буракова Е.А., Иванова (Романцова) И.В., Ткачев А.Г. ; заявл. 20.01.2011 ; опубл. 10.07.2011. - Бюл. № 19. - 2 с.

Размещено на Allbest.ru