|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Терморасширенный графит, функционализированный кремнийорганическими соединениями: гидрофобность поверхности и сорбционные свойствадипломная работа (Специалист)
- Научный руководитель: Иванов Андрей Владимирович
- Автор: Волкова Светлана Игоревна
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2025
- Аннотация: Пока существенный объём потребляемой в мире энергии обеспечивается добычей углеводородов, существует риск попадания нефти в окружающую среду из-за различных аварий. Среди крупнейших случаев с утечкой нефти за последние десятилетия выделяются прорыв нефтепровода на реке Колва, авария на скважине Deepwater Horizon и разлив, произошедший во время войны в Персидском заливе. Ужасные последствия этих катастроф включают экономический ущерб, угрозу безопасности и качеству жизни человека, а также непоправимый вред окружающей среде в долгосрочной перспективе. В результате, морская экосистема страдает от снижения популяции различных растений и животных. Существует множество методов устранения разливов нефти. К физическим методам относятся применение бонов, с помощью которых задерживают пятно и не дают ему увеличиться, и скимеров, позволяющих собрать нефть. Биологический метод заключаются в использовании специальных микроорганизмов для ускорения естественной деградации компонентов нефти. Физико-химические методы обеспечивают очистку места разлива с помощью разнообразных сорбентов, диспергентов, коагулянтов и других веществ. Выбор способов ликвидации последствий разлива нефти зависит от климатических условий, размера и толщины пятна, близости к объектам инфраструктуры и других факторов. У применения сорбентов есть ряд преимуществ, таких как низкая стоимость, высокая сорбционная способность, сравнительно небольшой вред окружающей среде и возможности извлечения нефти и повторного использования материала. Среди сорбентов выделяют неорганические (минеральные), синтетические органические (полимерные) и природные органические сорбенты. Углеродные сорбенты сочетают преимущества синтетических (высокая сорбционная емкость, плавучесть) и неорганических (негорючесть, экологичность) материалов. Примером углеродного сорбента является терморасширенный графит, обладающий высокой сорбционной ёмкостью по отношению к нефти до 80-100 г/г. Терморасширенным графитом (ТРГ) называют графит, в котором значительная часть межслоевых связей подверглась разрушению с образованием кристаллитов меньшего размера и развитой макропористой структуры. Получение ТРГ из природного графита включает в себя стадии синтеза интеркалированных соединений графита, промывания водой с образованием окисленного графита (ОГ) и его терморасширения при резком нагреве. Под действием высоких температур кислородсодержащие функциональные группы и остатки интеркалята, присутствующие в ОГ, разлагаются с выделением различных газов (CO2, CO, оксидов азота или серы и паров воды). Стремительное увеличение диспергирующего давления в графитовой матрице приводит к ее расширению и образованию ТРГ. Ряд выдающихся свойств, таких как развитая пористая структура, сравнительно высокая удельная поверхность и сродство к неполярным молекулам, позволяет использовать ТРГ в качестве сорбента нефти и жидких углеводородов с водной поверхности. Многообещающим способом получения ТРГ при сравнительно низких температурах (от 200 °С) является использование ОГ, полученного путем анодного переокисления графита в водном растворе азотной кислоты. Необычные свойства электрохимически полученного ОГ объясняются наличием в его составе фазы оксида графита. Применение низкотемпературного ТРГ позволит значительно снизить экономические затраты на производство сорбента, однако данный метод получения имеет значительный недостаток – высокое содержание остаточных кислородных групп в структуре ТРГ. Наличие полярных функциональных групп на поверхности и внутри пор ТРГ придаёт материалу гидрофильные свойства и увеличивает его водопоглощение, что снижает селективность сорбции углеводородов с водной поверхности. Для увеличения гидрофобности поверхности материалов часто используют покрытия на основе кремнийорганических соединений, полученных при конденсации органозамещенных силанов. Данные покрытия отличаются относительной простотой получения и дешевизной, при этом они способны выдерживать достаточно высокие температуры, сопоставимые с температурами получения ТРГ из электрохимического ОГ. Чтобы добиться наибольшей эффективности удаления органических загрязнителей из водных сред можно функционализировать поверхность ТРГ полиорганосилоксанами с гидрофобными заместителями. При этом есть возможность ввести продукты конденсации органозамещенных силанов в ОГ и осуществить термообработку модифицированного ОГ с сохранением гидрофобных свойств кремнийорганического соединения. Таким образом, целью работы стало получение сорбента с повышенной гидрофобностью поверхности на основе терморасширенного графита, функционализированного кремнийорганическими соединениями. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Модификация электрохимически полученного окисленного графита продуктами конденсации органохлорсиланов с метильными и фенильными заместителями; 2. Термообработка модифицированного окисленного графита при температурах 300-1000 °С с образованием терморасширенного графита; 3. Исследование состава, структуры, свойств поверхности и сорбционных свойств полученного терморасширенного графита; 4. Определение оптимальных условий получения наиболее гидрофобного материала.
- Добавил в систему: Иванов Андрей Владимирович