Электрохимический синтез низкоплотных углеродных материалов для очистки воды

Выполненные исследования подтверждают широкие возможности электрохимического способа и могут служить основой для разработки эффективной технологии анодного синтеза терморасширяющихся соединений графита с заданными свойствами.

Глава 4 посвящена исследованию возможности применения ТРГ и материалов на его основе в процессах водоочистки и водоподготовки. Известно, что углеродные материалы помимо адсорбционных свойств, в зависимости от состояния поверхности, могут являться анионо- или катионообменниками, например по реакциям.

Согласно классическим представлениям, графит, в связи с химической адсорбцией на его поверхности кислорода воздуха, в водных растворах имеет положительный потенциал за счет миграции в электролит гидроксильных групп. При длительной анодной поляризации графита на его поверхности преимущественно накапливаются ПФГ кислотного характера, и углеродный материал приобретает катионообменные свойства. При ТО (>230°С) анодно окисленного графита с целью получения ТРГ согласно ДСК удаляются не только интеркалат, но и все поверхностные группы. Следовательно, свойства поверхности ТРГ будут примерно такими же, как у исходного графита, отличительными признаками являются многократно увеличенная поверхность, а также значительно возросшая концентрация дефектов и атомов углерода с некомпенсированными связями. Предполагаемые изменения химии поверхности графита при его переводе в ТРГ подтверждаются потенциометрическими измерениями. Стационарные значения потенциалов исходного графита и ТРГ практически одинаковы, для образцов ТРСГ более положительны, причем Ест сдвигается в положительную область с ростом Q при анодной обработке исходного углеродного материала.

Адсорбционные и ионообменные свойства изучались с использованием углеродных материалов, некоторые характеристики которых приведены.

Первоначально исследования проводились с применением ТРГ, полученного при ТО в свободном объеме, для чего порошок ТРГ помещался в раствор и выдерживался определенное время. После этого в фильтрате определялась концентрация загрязняющего компонента. В ряде случаев раствор фильтровался через слой ТРГ, помещенный на сетку из нержавеющей стали. Экспериментально была показана возможность извлечения при подготовке воды катионов жесткости до 85% от исходной концентрации (0,225 г/л) с одновременной очисткой от ионов хлора на 25% (0,038 г/л) и сульфат-ионов на 60% (0,115 г/л). Выполненные исследования с применением питающей воды для ТЭЦ-3 (г. Энгельс) выявили принципиальную возможность использования пенографита Г= 5-=-3 г/дм3 в технологиях водоподготовки.

По-видимому, это обусловлено затрудненностью ионообменного процесса многозарядного катиона, а для адсорбционной очистки ТРГ обладает недостаточно высокой удельной поверхностью.

Полученные результаты выявили принципиальную возможность применения ТРГ для водоподготовки и очистки воды. Использование порошка ТРГ для этих целей ставит ряд сложных технических задач. Целесообразно применение гранулированного ТРГ или комплексных фильтрующих элементов из него.

Для создания фильтрующих элементов из ТРГ был использован метод самопрессования, заключающийся в проведении термообработки образцов ТРСГ в замкнутой газопроницаемой форме. Подобная ТО обеспечивает взаимное врастание частиц ТРГ с образованием компактного пористого материала из чистого углерода (С-96%). Подобный способ позволяет регулировать изменение пористости углеродного материала варьированием массы закладки в форм и степени терморасширения ТРСГ. Экспериментально были подобраны температура и время ТО, обеспечивающие полное терморасширение ТРСГ и его равномерное распределение в объеме изделия. Ряд характеристик фильтрующих элементов приведен.

Фильтрующая способность материалов по воде с увеличением пористости возрастает с 0,03 до 0,13 л/мин и со временем фильтрации (50 л) постепенно снижается в 2-3 раза. Это связано с постепенным набуханием углеродного материала, а также возможным закупориванием пор микрочастицами ТРГ, обламывающимися струями воды. Результаты очистки сточных вод от катионов Fe2+ и Ni2+ для фильтрующих элементов приведены.