Издаётся с марта 1959 года
Выходит 6 раз в год
Русская версия English version
Научно-технический журнал "Химические волокна"
+7 (495) 586-08-80
 
     Поиск по сайту журнала "Химические волокна"
Поиск по сайту
Главная  |  Архив журнала "Химические волокна" 2008 год  |  "Химические волокна" №3, 2008 год  |  Принципы и основные направления применения углеродных волокнистых адсорбентов
Принципы и основные направления применения углеродных волокнистых адсорбентов
Л.И. Фридман
(Ленинградский областной институт экономики и финансов)

Активированный уголь является важнейшим техническим продуктом, который применяется в ряде отраслей промышленности, средствах защиты и медицине, причем с течением времени область его использования все расширяется [1].

Разработка углеродных адсорбентов развивалась по следующим направлениям:

  • изыскание исходного доступного сырья, обеспечивающего высокий выход углеродного материала при углежжении (карбонизации): древесина, косточки орехов, ископаемые торф и уголь, отходы технической переработки растительных материалов, в том числе гидролизный лигнин, синтетические зернёные полимеры, углеродные волокна;
  • подбор исходных углеродных материалов и разработка технологий активации, обеспечивающих получение адсорбентов с полимодальной (широкого применения) и монодисперсной (специфического применения) пористостью и значительного объема;
  • развитие методов образования пористости - активирования углеродных материалов: активация неорганическими соединениями, парогазовая активация;
  • повышение механической прочности углеродных адсорбентов, обеспечивающей их применение в слоях большой величины, в кипящем слое, при значительных скоростях пропускания адсорбатов (парогазовых и жидких, в том числе смесей), при многоцикловой (сорбция - десорбция) работе;
  • модификация поверхности углеродных адсорбентов с целью придания специфических хемосорбционных и каталитических свойств;
  • разработка аппаратов и режимов активации и осуществления процессов сорбции - десорбции с использованием различных способов нагрева, обеспечивающих экономичность процессов;
  • усовершенствование форм выпуска: от зерненых неправильной формы (дробленые материалы) к зерненым правильной формы (гранулы, шарики) и, наконец, к углеродным волокнистым материалам (резаное волокно, нетканые материалы, ткани, шнуры, тесьма) [2-4].

Углеродные волокнистые адсорбенты (УВА) являются в настоящее время наиболее совершенными углеродными сорбентами благодаря следующим специфическим свойствам [5-7]:

  • возможность создания материалов однородномикропористой структуры с выходом устьев микропор на внешнюю поверхность волокна;
  • малый диаметр элементарных волокон (6-12 мкм), снижающий внутридиффузионную составляющую сорбционного процесса и увеличивающий внешнюю удельную поверхность материала (у волокнистых углей она составляет 0. 5-1.5 м2/г, у зерненых - примерно 0.01 м2/г), что облегчает подвод к ней адсорбата и, в конечном счете, улучшает кинетические показатели сорбционных процессов на УВА;
  • в динамических режимах стационарные слои УВА ведут себя аналогично слоям кипящего слоя зерненых сорбентов, т.е. происходит их полная отработка без потери времени защитного действия;
  • через слои УВА можно пропускать без их разрушения адсорбаты с большой скоростью, вызывающей при работе с зернеными сорбентами унос значительной их части;
  • слои УВА имеют по сравнению с зернеными материалами значительно меньшие аэродинамическое и гидравлическое сопротивления, что снижает энергетические затраты сорбционных процессов;
  • слои УВА обладают одновременно сорбирующими и фильтрующими свойствами;
  • “бесконечная” и “мягкая” форма волокнистых сорбентов позволяет организовать непрерывные сорбционно-десорбционные процессы;
  • УВА электропроводны, причем их электросопротивление коррелирует с количеством адсорбированных веществ;
  • УВА не обладают раздражающим, аллергическим, токсичным и канцерогенным действием, незначительно травмируют форменные элементы крови, а “мягкая” форма легко адаптирует их к любым поверхностям.

Основным недостатком УВА является их высокая стоимость, в связи с чем их следует применять только в тех процессах, в которых зерненые активированные угли по тем или иным причинам не могут быть использованы, либо когда в полной мере реализуются специфические сорбционные свойства УВА. Критериями выбора волокнистого сорбента являются следующие рекомендации:

  • целесообразно использовать УВА для поглощения веществ, находящихся в малых концентрациях;
  • для сорбции из потоков, движущихся с большой скоростью, за счет высокой скорости сорбции, а также возможности развернуть поверхность листового фильтра и тем самым уменьшить скорость потока;
  • для очистки воздуха и воды в замкнутых объемах при отсутствии перемешивания или при малом перемешивании среды;
  • для очистки биологически активных сред;
  • в случаях, когда необходимо наличие одновременно сорбционных свойств и электропроводности материала или их взаимно коррелируемое изменение;
  • когда необходимы “мягкая” форма материала, малые аэродинамическое и гидродинамическое сопротивления, наличие одновременно сорбционных и фильтрующих свойств.

На основании перечисленных рекомендаций УВА испытаны и частично внедрены в следующие области техники и медицины.

I Рекуперация летучих растворителей.

  1. Финишные слои шихты адсорбентов. Основное количество адсорбата поглощается частью шихты из зерненых материалов, а оставшиеся малые концентрации - волокнистыми.
  2. Использование комбинированной зернено-волокнистой шихты при рекуперации многокомпонентной смеси позволяет при десорбции разделить ее на составляющие.
  3. Значительный эффект наблюдается при рекуперации хлорорганических соединений, что связано с уменьшением их гидролиза и соответственно коррозии аппаратуры из-за возможного применения более низкой, чем в случае зерненых сорбентов, температуры десорбции.
  4. Очистка вентиляционных выбросов от малых концентраций токсичных веществ, очистка рабочих газов криогенных систем.
  5. В композиционных фильтрующе-сорбирующих материалах (бумагах, картонах, плитах и т.п.) в качестве сорбирующего и отверждающего компонента.

II. Очистка сточных вод и других жидких сред.

  1. Очистка питьевой воды, сточных вод и специальных растворов (например, электролитов гальванических процессов) от примесей органических веществ.
  2. В медицинской промышленности и тонком органическом синтезе для выделения, разделения и очистки препаратов.

III. Создание сорбирующих средств защиты, в том числе для биологической защиты и очистки газов и жидкостей в замкнутых объемах.

  1. Очистка воздуха и воды в ограниченных замкнутых объемах.
  2. Очистка питьевой воды от токсичных веществ и микроорганизмов в походных условиях, в том числе увеличение сроков хранения воды в баках путем погружения в них перфорированных контейнеров с УВА, разработка походных малогабаритных мешков и воронок - фильтров воды).
  3. Создание сорбирующей спецодежды.
  4. Создание коллективных и индивидуальных средств защиты органов дыхания и кожи (противогазы, респираторы, салфетки, фильтровентиляционные установки).
  5. В сигаретных фильтрах, в упаковочных материалах (бумагах, пленках), увеличивающих сроки хранения фруктов, овощей, мясных, рыбных и других продуктов.
  6. Выделение целевых компонентов из различных сред при их малой концентрации.

IV. Выделение из растворов и газов малых концентраций солей драгоценных, тяжелых и других редких и токсичных металлов (на аффинажных заводах, заводах вторичных драгоценных металлов, при очистке стоков гальванических производств, сорбции платиноидов из нитрозных газов и т.п.).

  1. В хроматографии в качестве малогабаритных колонок любой длины, термостатируемых и десорбирующихся путем прямого пропускания электротока через УВА.
  2. В качестве консервантов - хранителей запахов в криминалистике и парфюмерии.

V. Применение в качестве носителей различных реагентов.

  1. Носители катализаторов и специальных химических поглотителей.
  2. Носитель питающей среды в искусственной почве.
  3. Носитель препаратов в антигрозовых и антиградовых зарядах.
  4. В качестве пористых, обладающих большой поверхностью, электродов и носителей электролитов в малогабаритных источниках тока и конденсаторах.

VI. Применение в качестве датчиков, электродов, элементов приборов.

  1. Датчики различных приборов (за счет изменения электропроводности при сорбции).
  2. В качестве элементов технических мышц в робототехнике (за счет создания и снятия усилия при сорбции-десорбции электронагревом в замкнутом объеме).

VII. Применение в медицине.

  1. Аппликационная терапия: сорбирующие слои в повязках и дренажах при очистке и лечении ран и ожогов, повязки и памперсы в урологических клиниках, а также для защиты раневой поверхности от попадания экзогенных токсичных веществ.
  2. Энтеросорбция: при лечении экзо- и эндоотравлений, профилактический прием при угрозе отравления.
  3. Гемо-, лимфо-, плазмо- и ликвосорбция, в том числе детоксикация хранимой крови.
  • Сформулированы основные направления разработки активированных углей: выбор углей-сырцов, способов активирования и путей регулирования пористой структуры, исследование свойств и областей применение.
  • Приведены основные свойства УВА, определяющие целесообразность и области их применения.
  • Определены направления и области использования УВА.
Библиографический список
(1) Кауш О. Активные угли. - М.-Л.: Госхимтехиздат, 1933. - С.300.
(2) Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокна. - М.: Химия, 1974. - С.376.
(3) Конкин А.А. Жаростойкие (углеродные) волокна. / В сб.: Термо-, жаростойкие и негорючие волокна. / Под ред. А.А. Конкина. - М.: Химия, 1978. - С.424.
(4) Варшавский В.Я. Углеродные волокна. - М.: 2005. - С.497.
(5) Фридман Л.И. Разработка процессов получения, исследование и применение сорбционно-активных углеродных волокон и волокнистых материалов. Дис. д.т.н. - Л.: ЛенНИИ “Химволокно”, 1989. - С.497.
(6) Лысенко А.А. Основы ресурсосберегающих технологий получения активированных углеродных волокон, их свойства и применение. Дис. д.т.н. - Л.: СПГУТД. 2007. - С.283.
(7) Рачков Б.М., Левит Р.М. Ликворотрансфузия и ликворосорбция. - Санкт-Петербург: 1997. - С.88.
О журнале        Новости        Редколлегия        Авторам        Библиотека        Архив издания        Контакты
Copyright © 2018 "Химические волокна"
Design by Sergey Dorodnikov
 
+7 (495) 586-08-80
 
141009, Россия, Московская обл.
г. Мытищи, а/я 217