Специфически организованные (волокнистые, мезопористые, поверхностно-слоистые) сорбенты

1. Поверхностно-слоистые сорбенты 3
2. Мезопористые сорбенты 9
2.1 Мезопористый материал МСМ-41 10
2.2 Мезопористые материалы на основе диоксида титана 12
2.3 Мезопористый гидратированный оксид кремния периодического строения 13
3. Волокнистые сорбенты 15
3.1 Волокнистые сорбенты для фильтрации воды 16
Литература 18

2. Мезопористые сорбенты
Мезопористый материал (англ. A mesoporous material) - пористый материал, структура которого характеризуется наличием полостей или каналов с диаметром в интервале 2-50 нм. Среди мезопористых материалов с практической точки зрения наиболее интересны упорядоченные структуры с достаточно узким распределением пор по размерам. Химический состав таких объектов может быть различным - это силикаты и алюмосиликаты (со структурами типа МСМ-41, SBA-15 и др.), материалы на основе титана, циркония, церия, углеродные материалы и т.д. Наиболее распространенный способ синтеза мезопористых материалов основан на использовании органического темплата как структурообразующего агента, вокруг которого формируется неорганический каркас. После удаления органического компонента образуются поры, размер которых определяется размером исходного темплата. Мезопористые вещества находят применение в качестве катализаторов, сорбентов, сенсоров, материалов для оптики, электроники, медицины.
...

2.1 Мезопористый материал МСМ-41

По химической природе представляет собой силикат. Твердый материал стабилен при нагревании до 700°С. Эти материалы, подобно цеолитам, можно называть молекулярными ситами, т.к. они способны разделять молекулы по размерам. Структуру этих молекулярных сит можно представить себе в виде пучка наноразмерных полых трубок строго определенного диаметра. Стенки нанотрубок построены из аморфного SiO2, сами трубки правильно упакованы в пространстве. Эти молекулярные сита иногда называют мезопористыми мезофазными материалами (МММ). Самое привлекательное в МММ – это то, что, изменяя условия их получения, можно целенаправленно изменять размер нанотрубок от 3 до 10 нм. При этом удельная поверхность таких материалов обычно составляет около 1000 м2/г.

Рис.6 Микрофотография мезопористого силиката со структурой МСМ-41, полученная методом просвечивающей электронной микроскопии
МСМ-41 имеет гексагональную структуру типа пчелиных сот с толщиной стенок hW = 0.6–0.
...

2.2 Мезопористые материалы на основе диоксида титана
Материалы на основе диоксида титана привлекают пристальное внимание ученых по всему миру благодаря набору уникальных физико-химических характеристик, включая близкие термодинамические параметры полиморфных модификаций ТiO2, высокую прочность связи Ti-O, невысокие окислительно-восстановительные потенциалы переходов между состояниями с различными степенями окисления. Все это определяет широкие перспективы и существующие технологические применения материалов на основе диоксида титана в каталитических и адсорбционных процессах. Так, оксид титана является наиболее перспективным фотокатализатором очистки воды от технологических загрязнений. Фотокаталитическая очистка воды имеет целый ряд преимуществ перед используемыми в настоящее время методами, включая приемы озонирования и хлорирования.
...

2.3 Мезопористый гидратированный оксид кремния периодического строения
Международная группа исследователей получила невозможное соединение – мезопористый гидратированный оксид кремния периодического строения. При образовании химических соединений атомы объединяются друг с другом таким образом, чтобы соблюдались определенные правила валентности и природы химических связей, поэтому ряд соединений, формулы которых можно написать на бумаге, просто не существуют. Тем не менее, в некоторых соединениях чередование химических связей не противоречит правилам валентности, но эти соединения все равно считаются несуществующими – они обладают низкой устойчивостью. Такие соединения называют «невозможными соединениями», хотя некоторые типы этих невозможных соединений уже были получены на практике (например, графен когда-то считали невозможным соединением).
Кристаллическая решетка мезопористого гидратированного оксида кремния периодического строения (мезо-HSiO1.5) похожа на соты.
...

3. Волокнистые сорбенты
Твердые сорбенты подразделяются на гранулированные и волокнистые. Волокнистые сорбенты обладают более высокой кинетикой сорбции за счет более высокой удельной поверхности и большей доступности функциональных групп. Материал обладает высоким сопротивлением к действию окружающей среды, сохраняет свойства в температурном диапазоне от -30° до +120°С. Кроме того, волокнистые сорбенты обладают большими показателями по регенеративной способности возможность повторного применения, что особенно актуально для промышленной сферы применения устранение последствий от аварийного разлива нефти, нефтепродуктов, иных агрессивных веществ. Следует учесть, что волокнистые сорбенты являются горючими, т,е. пожаровзрывоопасными. На рынке присутствует достаточное количество сорбентов для сбора нефтепродуктов, мазута, дизтоплива, масла или жира, но не каждый из них может обеспечить требуемую безопасность, удобство применения и качество.
...

3.1 Волокнистые сорбенты для фильтрации воды
Волокнистые сорбенты широко используются для фильтрации воды, в частности в домашних фильтрах. Одним из примеров являются фильтры Аквафор.
Первой собственной разработкой было активированное углеродное волокно Аквален (патент США N 5,521,008, патент РФ N 2070436) - сорбент нового поколения, полученный на основе полиакрилонитрила. Активированное углеродное волокно Аквален превосходит обычные активированные угли по всем основным параметрам: сорбционной емкости, скорости сорбции и силе связывания сорбированных молекул. Дополнительно Аквален способен удалять из воды тяжелые металлы и подавлять рост бактерий. По своей химической природе Аквален представляет собой активированный углеродный материал с очень развитой поверхностью, сочетающий высокую скорость сорбции с практически необратимым связыванием органических веществ.
...