WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

di определяется как расстояние между ближайшими сетками графита, разделенными слоем интеркалата. Точность определения ±0, Поведение ОГ в дистиллированной воде несколько отличается от поведения в 5%-ном растворе NaCl: ОГ(Sn) > ОГ(Сu) > ОГ(Со) > ОГ(б.д) > ОГ(Fe) > ОГ(Ni). Исходя из потенциалов возможных реакций4, протекающих при погружении электрода из ОГ в раствор NaCl было сделано предположение о том, что медь, никель, кобальт, находятся в окисленном графите в виде металла, а олово и железо, вероятнее всего, в виде оксида. В дистиллированной воде зависимость потенциалов электродов ТРГ от природы иона-модификатора такая же, как и в растворе NaCl: ТРГ(Sn) > ТРГ(Cu) > ТРГ(Со) > ТРГ(б.д) ТРГ(Ni) > ТРГ(Fe ).

Концентрация иона – модификатора Ме2+ в окисляющей композиции так же влияет на компромиссный потенциал электродов, спрессованных из модифицированных ОГ и ТРГ (табл.3.).

Таблица 3. Влияние концентрации иона – модификатора на потенциал электродов из ОГ и ТРГ в 5% растворе NaCl Потенциал, В Электрод – модифицированный Электрод – модифицированный Ион- ОГ ТРГ модификатор Электрод - металл Сме2+=7·10-4 г- Сме2+=28·10-4 Сме2+=7·10-4 г- Сме2+=28·10-ион Ме2+/г г-ион Ме2+/г ион Ме2+/г г-ион Ме2+/г графита графита графита графита Cu2+ +0,28 +0,32 +0,15 +0,28 +0,Co2+ +0,13 +0,12 +0,07 +0,08 -0,Ni2+ +0,14 +0,13 +0,02 -0,03 -0,Fe2+ +0,15 +0,14 +0,01 -0,10 -0,Sn2+ +0,32 +0,38 +0,24 +0,34 -0,Выполненные исследования показывают, что с увеличением концентрации Ме2+ в окисляющей композиции компромиссные потенциалы модифицированных ОГ и ТРГ в основном смещаются в сторону потенциалов соответствующих чистых металлов (для Сu, Ni, Co) или оксидов металлов (для Fe, Sn) в исследуемом растворе.

Исследование коррозионного поведения систем электродов ОГ - Fe и ТРГ - Fe. Т.к.

основное применение ТРГ в настоящее время находит в качестве неподвижных уплотнений (прокладки, кольца и др.), использующихся в коррозионно-активных средах, нами были проведены ускоренные коррозионные испытания систем электродов ОГ-Fe (рис.1) и ТРГ-Fe (рис.2) в 5%-ном растворе NaCl методом построения коррозионных диаграмм поляризации. В качестве металлического электрода использовали ламельную ленту (табл.4) и нержавеющую сталь Х18Н9Т (табл.5). Для пары электродов “ОГ- ламельная лента” ток коррозии увеличивается с увеличением концентрации ионов-модификаторов Sn2+, Cu2+ и Co2+ в окисляющей композиции по сравнению с ОГ без добавок. Это объясняется тем, что с увеличением концентрации этих ионов Ме2+ в окисляющей композиции возрастает содержание металла в ОГ, потенциал электрода из модифицированного указанными металлами ОГ Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии// Изд-во Химия, М.: 1971. 453с.

сдвигается в положительную сторону, увеличивая при этом разность потенциалов пары электродов ОГ-Fe, т.е. ЭДС данной коррозионной системы. Противоположная ситуация наблюдается при увеличении концентраций ионов никеля и железа-ток коррозии снижается.

В системе электродов “ТРГ-ламельная лента” (рис.2) наблюдается аналогичная ситуация, при этом токи коррозии на порядок ниже. Аналогичные испытания были проведены с использованием нержавеющей стали (табл.5).

E, B E, B 0,0,0,0,0,3 0,0,2 0,0,0,0,0,-0,-0,1 3I 6I 5I 4I 4I -0,1I -0,2I -0,-0,-0,-0,0,00 0,05 0,I, mA/см2 I, mA/см0,00 0,05 0,Рис.1.Коррозионные диаграммы для системы электродов “ОГ-ламельная лента” в 5%-ном растворе NaCl (Сме2+=28·10-4 г-ион Ме2+/г графита). Ионы-модификаторы:1,1I-Sn2+; 2,2I-Cu2+;

3,3I-Co2+; 4,4I-без добавок; 5,5I-Ni2+; 6,6I-Fe2+. 1,2,3,4,5,6-катодные кривые, 1I,2I,3I,4I,5I,6I- анодные кривые (ламельная лента).

E, B E,B 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-0,-0,3 5I -0,-0,4I 4I 3I -0,3 -0,2I 6I I, mA/см0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,I, mA/смРис.2.Коррозионные диаграммы для системы электродов “ТРГ-ламельная лента” в 5%-ном растворе NaCl (Сме2+= 28·10-4 г-ион Ме2+/г графита). Ионы-модификаторы:1,1I-Sn2+; 2,2I-Cu2+;

3,3I-Co2+; 4,4I-без добавок; 5,5I-Ni2+; 6,6I-Fe2+. 1,2,3,4,5,6-катодные кривые, 1I,2I,3I,4I,5I,6I- анодные кривые (ламельная лента) Таблица 4. Показатели коррозии в системах электродов “ОГ-ламельная лента” и “ТРГ– ламельная лента” Вид графита I, mA/см2 Кh, мм/год Вид графита I, mA/см2 Кh, мм/год ОГб.д. 0,061 0,700 ТРГб.д. 0,006 0,ОГFe (7·10-4) 0,040 0,460 ТРГFe (7·10-4) 0,004 0,ОГNi (7·10-4) 0,055 0,630 ТРГNi (7·10-4) 0,005 0,ОГCu (7·10-4) 0,130 1,550 ТРГCu (7·10-4) 0,007 0,ОГCo (7·10-4) 0,090 0,970 ТРГCo (7·10-4) 0,008 0,ОГSn (7·10-4) 0,112 1,360 ТРГSn (7·10-4) 0,007 0,ОГFe (28·10-4) 0,038 0,430 ТРГFe (28·10-4) 0,002 0,ОГNi (28·10-4) 0,053 0,610 ТРГNi (28·10-4) 0,003 0,ОГCu (28·10-4) 0,160 1,820 ТРГCu (28·10-4) 0,008 0,ОГCo (28·10-4) 0,110 1,250 ТРГCo (28·10-4) 0,012 0,ОГSn (28·10-4) 0,125 1,440 ТРГSn (28·10-4) 0,008 0,Установлено, что нержавеющая сталь в паре как с ОГ, так и с ТРГ корродирует в десятки раз медленнее, чем чистое железо. При этом закономерности влияния модифицирования на коррозионное поведение систем электродов “ОГ–нержавеющая сталь” и “ТРГ–нержавеющая сталь” сохраняются (табл.5). По общепринятым данным для надежной работы оборудования скорость коррозии стали не должна превышать 0,003 мм/год. Коррозионные исследования показали значительное снижение тока коррозии в системах с графитами (ОГ и ТРГ), модифицированными никелем и железом. Использование ТРГ(Fe) в системе с нержавеющей сталью, где максимальная плотность тока коррозии в 3 раза меньше допустимой, должно значительно увеличить срок службы узлов машин и оборудования.

Таблица 5. Показатели коррозии в системах “ОГ-нержавеющая сталь” и “ТРГ-нержавеющая сталь” вид графита I, mA/см2 Кh, мм/год Вид графита I, mA/см2 Кh, мм/год ОГб.д. 0,0085 0,098 ТРГб.д. 0,0010 0,ОГFe (7·10-4) 0,0061 0,070 ТРГFe (7·10-4) 0,0005 0,ОГNi (7·10-4) 0,0064 0,074 ТРГNi (7·10-4) 0,0008 0,ОГCu (7·10-4) 0,0130 0,150 ТРГCu (7·10-4) 0,0018 0,ОГCo (7·10-4) 0,0120 0,140 ТРГCo (7·10-4) 0,0015 0,ОГSn (7·10-4) 0,0180 0,200 ТРГSn (7·10-4) 0,0020 0,ОГFe (28·10-4) 0,0032 0,037 ТРГFe (28·10-4) 0,0001 0,ОГNi (28·10-4) 0,0013 0,015 ТРГNi (28·10-4) 0,0006 0,ОГCu (28·10-4) 0,0180 0,208 ТРГCu (28·10-4) 0,0027 0,ОГCo (28·10-4) 0,0160 0,185 ТРГCo (28·10-4) 0,0025 0,ОГSn (28·10-4) 0,0260 0,300 ТРГSn (28·10-4) 0,0031 0, Четвертая глава посвящена изучению влияния модифицирования ОГ и ТРГ на их свойства, а так же исследованию возможных областей практического применения новых модифицированных ОГ и ТРГ.

Известно, что основной характеристикой ТРГ является его насыпная плотность.

Установлено, что при модифицировании графита металлами предложенным способом в различных исследуемых концентрациях насыпная плотность ТРГ меняется в незначительной степени и остаётся меньше 10 г/дм3, что позволяет прессовать графит в изделия без связующего. Температура термообработки оказывает значительное влияние на насыпную плотность ТРГ (табл.6). Уже при 4000С можно получать модифицированные ТРГ(Cu,28·10-4) и ТРГ(Ni,28·10-4) с низкой насыпной плотностью, допустимой для прессования без связующего.

Увеличение температуры термообработки снижает насыпную плотность ТРГ, модифицированных всеми исследованными металлами.

Таблица 6. Влияние природы металла - модификатора и температуры термообработки на насыпную плотность ТРГ Температура термообработки 0 0 250 0С 400 С 600 С 850 С ТРГ Насыпная плотность, г/дмБез добавок 11,30 5,90 3,95 3,ТРГ(Cu, 28·10-4) 21,80 6,80 4,10 3,ТРГ(Ni, 28·10-4) 53,00 7,90 4,90 4,ТРГ(Co, 28·10-4) 35,00 31,00 9,85 6,ТРГ(Fe, 28·10-4) 78,00 34,52 14,00 6,ТРГ(Sn, 28·10-4) 82,78 62,39 22,56 9,Присутствие в ОГ и ТРГ металлов в различных состояниях было исследовано с помощью трех разных методов.

Присутствие металлов в модифицированных графитах подтверждено электронной микроскопией и результатами рентгенофазового анализа (рис.3-5).

Методом электронной микроскопии установлено, что структура модифицированных ОГ изменяется. Уже при окислении происходит расслаивание частиц графита, их объём Cu -20 30 40 50 60 а) б) в) Рис.3 Фотографии (увеличение 600): а) ОГ(Cu), б) ТРГ(Cu); Дифрактограмма: в) ТРГ(Cu) интенсивность Fe2O-20 30 40 50 60 в) а) б) Рис.4 Фотографии (увеличение 600): а) ОГ(Fe), б) ТРГ(Fe); Дифрактограмма: в) ТРГ(Fe) Co 10 20 30 40 50 60 в) а) б) Рис.5 Фотографии (увеличение 600): а) ОГ(Cо), б) ТРГ(Cо); Дифрактограмма: в) ТРГ(Cо) увеличивается. Структура ТРГ зависит от природы металла, ионы которого вводятся в окисляющую композицию. При увеличении в 70 раз обнаружено, что терморасширяясь графит расщепляется и приобретает разветвленную червеобразную форму (пачки графитовых слоев, разделенных воздушными пространствами). Самым объёмным является графит без добавок.

ТРГ, модифицированный в системе H2SO4-Red-Ox-Fe2+ так же имеет достаточно высокую степень заполнения единицы объёма. Но, если сравнивать графиты по размеру микроячеек, образующихся после термообработки (т.е. по степени разветвленности поверхности), то ячеистая структура ТРГ(Fe) остается закрытой (рис.4,б). По фотографиям как ОГ, так и ТРГ видно, что на внешней поверхности модифицированных графитов (особенно на краях) имеются значительно выделяющиеся по цвету участки с металлическим блеском, что подтверждает предположения о включении металлов в графит.

Методом рентгенофазового анализа (рис.3в-5в) обнаружено присутствие в ТРГ, модифицированных в системе H2SO4-Red-Ox-Cu2+ фазы металлической меди, в системе H2SO4 иинтенсивность интенсивность Red-Ox-Fe2+ фазы оксида железа Fe2O3, в системе H2SO4-Red-Ox-Co2+ фазы металлического кобальта, в системе H2SO4-Red-Ox-Sn2+ фазы оксида олова (SnO).

Методом атомно – абсорбционного анализа было установлено количество металлов в пересчете на Ме2+, находящихся в ОГ и ТРГ после модифицирования в окисляющей композиции, содержащей Ме2+= 28·10-4 г-ион Ме2+/г графита (табл.7).

Таблица 7. Содержание Ме2+ в ОГ и ТРГ графитах после модифицирования Ме2+ ·10-4, г-ион Ме2+/г графита Вид графита Cu2+ Ni2+ Fe2+ Co2+ ОГ 18 19 16 ТРГ 16 16 13 Таким образом, в ОГ и ТРГ после модифицирования содержится металла в 1,5-2 раза меньше, чем в окисляющей композиции. Предположительно, модифицирование в окисляющей композиции протекает через стадию адсорбции ионов металлов на поверхности графита с последующим их восстановлением АСВ. В присутствии конц. H2SO4 адсорбция Ме2+ на графите невысока, поэтому их содержание в модифицированном графите несколько меньше, чем изначально находится в окисляющей композиции.

Определена удельная электропроводность электродов, спрессованных из модифицированных графитов при давлении 147 МН/м2. Установлено, что электропроводность графитовых электродов при прохождении электрического тока зависит от силы тока, от марки исходного графита, от природы и концентрации металла-модификатора (табл.8).

Таблица 8. Значения удельной электропроводности графитовых электродов (I=0,5 А) Удельная Удельная Вид Напряжение, электропрово Напряжение, электропрово Вид графита графита B дность, B дность, Ом-1м-1 Ом-1м-ОГб.д. 0,72 69,4 ТРГб.д. 1,12 44,ОГFe (7·10-4) 0,68 73,5 ТРГFe (7·10-4) 1,10 45,ОГNi (7·10-4) 0,68 73,5 ТРГNi (7·10-4) 1,05 47,ОГCu (7·10-4) 0,64 78,1 ТРГCu (7·10-4) 1,00 50,ОГCo (7·10-4) 0,68 73,5 ТРГCo (7·10-4) 1,10 45,ОГSn (7·10-4) 0,70 71,4 ТРГSn (7·10-4) 1,05 47,ОГFe (28·10-4) 0,63 79,3 ТРГFe (28·10-4) 1,00 50,ОГNi (28·10-4) 0,62 80,6 ТРГNi (28·10-4) 0,96 52,ОГCu (28·10-4) 0,52 96,1 ТРГCu (28·10-4) 0,90 44,ОГCo (28·10-4) 0,65 76,9 ТРГCo (28·10-4) 1,00 50,ОГSn (28·10-4) 0,66 75,7 ТРГSn (28·10-4) 1,00 50,В общем случае, электропроводность электродов из ОГ выше, чем из ТРГ примерно в раза. Это, вероятно, связано с более высокой пористостью образцов из ТРГ, а так же с изменением состава поверхностных групп на графите после термообработки. После модифицирования графитов всеми исследуемыми металлами, а так же с увеличением их концентрации электропроводность как ОГ (табл.8), так и ТРГ увеличивается. Установлено, что электропроводность электродов из графитов марок ГСМ-1 и ГАК мало отличается. Для китайского графита (и ОГ и ТРГ) электропроводность ниже (в 1,5-2 раза).

Как известно, практически все углеродные материалы обладают хорошими адсорбционными показателями по отношению ко многим органическим и неорганическим веществам. Применение графитов в качестве сорбентов ионов тяжелых металлов является актуальным. В связи с этим были проведены сравнительные исследования возможности применения графитов ГСМ-1, ОГ и ТРГ для очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов (Cu2+, Co2+, Fe2+и Ni2+). Установлено оптимальное соотношение масс сорбента и раствора (модуль=1000), время достижения сорбционного равновесия (20 мин) (рис.6), а так же по изотермам (рис.7) сорбции ионов Cu2+ (с помощью теории объёмного заполнения микропор) определены сорбционные характеристики вышеуказанных сорбентов (табл.9).

А, ммоль/г А*102, ммоль/л 12 4 3 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30, мин с, ммоль/л р Рис.6 Кинетика сорбции ионов Cu2+ Рис.7 Изотермы сорбции ионов Cu2+ на (С0Сu2+=8,010-5 моль/л, время сорбции = 40 углеродных материалах:1- ТРГ, 2 – ОГ, мин.) на различных углеродных сорбентах: 3 – ГСМ – 1.

1- ТРГ, 2- ОГ, 3- ГСМ-1.

Так же была определена удельная поверхность ОГ и ТРГ по бутиловому спирту, которая составила для ОГ Sуд(ОГ) =0,37 м2/г, для ТРГ Sуд(ТРГ) =25 м2/г. Селективные свойства сорбентов можно характеризовать следующей зависимостью: для ТРГ- Cu2+>Ni2+>Co2+>Fe2+;

для ОГ- Cu2+>Ni2+ Fe2+ > Co2+. Степень извлечения указанных ионов сопоставима с показателями традиционно используемых сорбентов (КАД) (степень извлечения Cu2+(С0Сu2+=0,01 моль/л) после одного цикла очистки 85%). При наличии конкурирующей адсорбции, например при уменьшении рН, сорбционная способность по отношению к ионам Ме2+ снижается, как и предполагалось ранее.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»