Исследование процессов адсорбции природного газа (метана) на углеродных волокнистых сорбентах

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Химия
Страниц:
107

6600 Купить готовую работу
Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы


Наиболее распространенные виды топлива для автомобилей бензин и дизельное топливо представляют собой продукты переработки нефти, запасы которой ограничены и в перспективе не способны быть основой для систем питания автомобилей и энергетических установок. К тому же, продукты их сгорания токсичны и создается значительные экологические проблемы [2, c. 18].
Использование природного газа (метана) может быть хорошей заменой традиционных видов топлива в системах альтернативной энергетики, энергосбережения и решения проблем экологии. Основная проблема, тормозящая использование природного газа (метана) в мобильных энергетических установках (автомобили, трактора, самолеты и др.), состоит в его малой объемной плотности при атмосферном давлении. Известные способы хранения природного газа (метана) на борту автомобиля — в сжатом виде, при давлениях до 20 МПа[4], в сжиженном виде при 111 К, в виде газогидратов, не нашли широкого распространения из-за сложности требований по безопасной эксплуатации и высоких энергозатрат. Увеличить объемную плотность метана возможно за счет использования процессов адсорбции на специальных адсорбентах. Работы в этом направлении проводятся как в России, так и за рубежом. В связи с этим создание новых энергонасыщенных адсорбционных систем на основе метана является актуальной современной проблемой, которую необходимо разрабатывать.
Природный газ (метан) является альтернативным источником энергии для двигателей внутреннего сгорания автомобилей, использующих бензин, дизельное топливо или пропан-бутановую смесь. Создание новых энергонасыщенных адсорбционных систем на основе природного газа (метана) является актуальной проблемой для альтернативной энергетики [1, c. 62].
Кроме того, массовое применение метана в качестве альтернативного топлива потребует повышения эффективности очистки выбросов от недожженного топлива. Перспективным представляется использование фильтров, позволяющих улавливать метан и возвращать его в цикл в результате десорбции с обратимых пористых адсорбентов.
Вышесказанное обуславливает актуальность темы исследования.
Целью данной работы является теоретическое и практическое изучение свойств волокнистых адсорбентов на основе активированного угля С300, а также анализ процесса адсорбции метана посредством расчета изотерм адсорбции.
В рамках поставленной цели выделяются следующие задачи:
 характеристика социально-экологических последствий загрязнения воздуха и обоснование актуальности использования волокнистых сорбентов;
 рассмотрение современных тенденций на мировом рынке фильтровальных материалов;
 рассмотрение общей характеристики пористых углеродных материалов;
 анализ процесса адсорбции на микропористых адсорбентах;
 экспериментальное измерение адсорбции метана на сорбенте С300;
 построение изотерм адсорбции и анализ результатов эксперимента.

ПоказатьСвернуть

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

1 СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8

1.1 Социально-экологические последствия загрязнения воздуха 8

1.2 Характеристика источников загрязнения атмосферы 12

1.3 Актуальность использования волокнистых сорбентов 14

1.4 Современные тенденции на мировом рынке фильтровальных материалов 17

2 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 24

2.1 Общая характеристика углеродных волокон 24

2.2 Общая характеристика пористых углеродных материалов 26

2.3 Классификация применяемых адсорбентов 29

2.4 Адсорбция на микропористых адсорбентах 31

2.5 Особенности адсорбции в микропорах 34

2.6 Явление массопереноса в адсорбентах 36

2.7 Сорбенты на основе углеродных волокон 46

2.8 Теоретический расчет изотерм адсорбции на активных углях 49

2.9 Современные перспективные исследования 54

2. 10 Выбор предмета исследования 56

2. 11 Объекты исследования 58

2. 12 Методы исследования и оборудование 59

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 61

3.1 Экспериментальное измерение адсорбции метана 61

3.2 Анализ результатов эксперимента 62

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 84

ПРИЛОЖЕНИЕ, А 91

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 92

ПРИЛОЖЕНИЕ В 93

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 94

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 95

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 96

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 97

ПРИЛОЖЕНИЕ З 98

ПРИЛОЖЕНИЕ И 99

ПРИЛОЖЕНИЕ К 100

ПРИЛОЖЕНИЕ Л 101

ПРИЛОЖЕНИЕ М 102

ПРИЛОЖЕНИЕ Н 103

ПРИЛОЖЕНИЕ О 104

ПРИЛОЖЕНИЕ П 105

ПРИЛОЖЕНИЕ Р 106

ПРИЛОЖЕНИЕ С 107

ПРИЛОЖЕНИЕ Т 108

Список литературы

1. Фенелонов В. Б. Пористый углерод. Изд-во ИК СО РАН. — Новосибирск. 1995. — 513 с.

2. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник. Ч.1. // под ред. С. А. Калверта, Г. М. Инглунда. — М.: Металлургия. 2008. — 759 с.

3. Коротков М. В., Филиппов А. А. Оценка экологической эффективности применения различных видов моторного топлива в ДВС автотранспортных средств// Транспорт на альтернативном топливе. 2008. № 1. — С. 73−77.

4. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. — М.: Транспорт. 2009. — 198 с.

5. Международный газовый союз: заседание исследовательской группы «Использование природного газа на транспорте», 1−4. 02. 2010 г., Осака (Япония)// Транспорт на альтернативном топливе. 2010. № 2 (14). 4−8.

6. Бармин И. В., Кунис И. Д. Сжиженный природный газ вчера, сегодня, завтра. -М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 255 с.

7. Патент Р Ф № 2 184 252. Способ питания двигателя внутреннего сгорания газовым топливом (метаном) при помощи газогидратных образований.

8. Бураков, А. Е. Наномодифицированные сорбенты для технической водоподготовки и очистки сточных вод / Бураков А. Е., Кучерова А. Е., Романцова И. В. // Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития. Сборник научных статей молодых ученых, аспирантов и студентов: научное электронное издание на компакт-диске. Тамбовский государственный технический университет (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»); ответственный редактор С. И. Дворецкий. Тамбов, 2014. С. 78−82.

9. A Multiyear Plan for the Hydrogen R&D Program. Rationale, Structure, and Technology Roadmaps/-Office of Power Technologies: Energy Efficiency and Renewable Energy: U.S. Department of Energy, Washington: 1999. P. 55.

10. Современные фильтровальные материалы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http: //newchemistry. ru/letter. php? n_id=121

11. Першин В. Ф. Перспективы производства сорбентов и фильтров на основе опок месторождений Казахстана, модифицированных углеродными наноматериалами / В. Ф. Першин, А. Е. Бураков, А. М. Воробьев, С. В. Першина, С. А. Монтаев, А. Т. Таскалиев, Н. С. Монтаева, А. С. Монтаева // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 2. — С. 12 — 16.

12. Углеродные наноматериалы серии «Таунит»: производство, функционализация, применение / А. Г. Ткачев, В. Н. Артемов, А. В. Мележик, Н. Р. Меметов, Т. П. Дьячкова, А. А. Пасько, А. В. Рухов, С. В. Блинов, А. А. Аладинский, Д. С. Слепов // Нанотехника. — 2014. — № 1(37). — С. 32−44.

13. Рынок сорбентов и фильтров в России. Анализ цен и характеристик по состоянию на 2010 год [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http: //www. nanonewsnet. ru/files/info. pdf

14. Burchell T., Rogers M. // SAE Technical Paper Series. 2000. № 2000−01−2205.

15. Vasil’ev L.L., Kanonchik L.E., Mishkinis D.A. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 1999. V. 72. № 5. — P. 884.

16. Школин А. В. Адсорбционно-стимулированная деформация микропористого углеродного адсорбента с узким распределением пор по размерам при адсорбции углеводородов в широких интервалах давлений и температур. Дисертация на ученую степень канд. хим. наук. ИФХЭ РАН. — М.: 2008. — 263с.

17. Школин А. В., Фомкин А. А., Синицын В. А. Эффективность применения адсорбционных аккумуляторов для хранения метана// Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции", Труды Всероссийского семинара, Иваново-Плес, 2007. — С. 25.

18. Бураков, А. Е. Повышение качественных характеристик адсорбентов при формировании поверхностной структуры углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом углеводородов/ Бураков А. Е., Романцова И. В., Буракова Е. А., Ткачев А. Г., Туголуков Е. Н. // Сорбционные и хроматографические процессы. Воронеж: Изд-во ФГБОУ ВПО ВГУ, 2013. Т. 13. Вып. 3. С. 344−352.

19. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. — М.: Химия. 1976. — 511 с.

20. Отчет УНЦ МГТУ «Криоконсул» «Разработка адсорбционной взрывобезопасной газотопливной системы для автотранспорта (АГТС)». М. МГТУ им. Н. Э. Баумана. 1999. — 75с.

21. Стриженов Е. М., Фомкин А. А., Жердев А. А., Прибылов А. А. Адсорбция метана на микропористом углеродном адсорбенте АУ-1// Физикохимия поверхности и защита материалов, 2012. т. 48, № 6, С. 594−603.

22. Школин А. В., Пулин А. Л., Фомкин А. А., Стриженов Е. М. Моделирование адсорбции метана в нанопорах углеродного адсорбента AR-2// Физическая химия поверхностных явлений и адсорбции. Труды конференции. Иваново. Плес. 2011.

23. Школин А. В., Фомкин А. А. Адсорбционное концентрирование метана // Вестник МГОУ. Серия «Техника и технология». 2012. Т.7. — С. 15 — 20.

24. Школин А. В., Фомкин А. А., Стриженов Е. М., А. Л. Пулин. Структура метана, адсорбированного в триангулярно упакованных углеродных нанотрубках// Тезисы докладов VII Конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН, 13−16 ноября 2012. — С. 24 — 26.

25. Стриженов Е. М., Жердев А. А., Фомкин А. А., Школин А. В. Адсорбция метана на микропористом углеродном адсорбенте АУ-1 при низких температурах// Современные проблемы адсорбции. Материалы XI международной конференции. Москва. Россия, 24−28 октября 2011. 120.

26. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М. -Л. 1966. — 535с.

27. Дубинин М. М. Адсорбция в микропорах. М. Наука, 2008. — 192 с.

28. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М. Наука. 1972. — 720 с.

29. Мухин В. М. Изучение равновесной адсорбции и кинетики поглощения активированными углями неонола АФ 9−10 из водных растворов // Химическая промышленность сегодня. 2014 — № 9. — С. 50−56.

30. Fomkin A.A. Adsorption of gases, vapors and liquids by microporous adsorbents// Adsorption. 2005. V. 11. № 3 / 4. P. 425−436.

31. Мухин В. М., Тарасов А. В., Клушин В. Н. Активные угли России. Под ред. А. В. Тарасова. — М.: Металлургия, 2000. — 352 с.

32. Фомкин А. А, Школин А. В. Волновая сорбострикция при адсорбции газов и паров // ДАН. 2008. Т. 423. № 1. — С. 80−84.

33. Дергунов П И., Твардовский А. В., Фомкин А А, Яковлев В. Ю. Описание неинертности микропористых углеродных адсорбентов при взаимодействии с газами // Инженерно-физический журнал. 2005. Т. 78. — С. 78−83.

34. Заливин С. Н., Твардовский А. В., Клингер А. В., Фомкин А. А. Расчет адсорбционной деформации микропористого адсорбента // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. № 2. — С. 398−400.

35. Веселовский В. С. Угольные и графитовые конструкционные материалы / В. С. Веселовский. М.: Металлургия, 1966. — 497 с.

36. Меньщиков И. Е., Фомкин А. А., Школин А. В. О температурной зависимости параметров уравнения Дубинина-Астахова при адсорбции метана Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности. Материалы Международной конференции, 14−18 апреля 2014 г. — Москва. — С. 17.

37. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А. А. Адсорбция четырёххлористого углерода на микропористом углеродном адсорбенте АР-В // Физикохимия поверхности и защита материалов, 2011. том 47. № 2. — С 136−139.

38. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А. А. Адсорбционная деформация микропористого углеродного адсорбента АР-В при адсорбции н-гексана // Журнал физической химии, 2011. т. 85. № 11. — С. 2100−2104.

39. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А А. Фундаментальные закономерности адсорбционно-стимулированной деформации гетерогенных микропористых адсорбентов // Труды региональных конкурсов научных проектов в области фундаментальных и гуманитарных исследований. Тверская областная организация Общества «Знание». Тверь. 2010. — С. 51−58.

40. Nabiulin V.V., Tvardovskiy A.V., Fomkin А.А. Studies of sorptive deformation of sorbents using dilatometric method // Chemical Engineering Transactions, 2011. Volume 24. — P. 583−588.

41. Набиулин B. B, Твардовский A.B., Фомкин А А, Школин А В. Волновая сорбострикция рекуперационного углеродного адсорбента АР-В при взаимодействии с парами углеводородов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В. М. Самсонова, Н. Ю. Сдобнякова. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2010. Вып. 2. — С 106−111.

42. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А А, Школин А. В., Петухова Г. А. Волновая сорбострикция микропористого углеродного адсорбента АР-В при адсорбции и-нонана из потока газа-носителя азота // XIII Всерос. симпозиум «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности». Тез. докл. Москва-Клязьма. ИФХЭ РАН. 2009. — С 16.

43. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А А, Школин А В. Волновая сорбострикция микропористого углеродного адсорбента АР-В при адсорбции бинарной смеси и-гексан/и-нонан из потока газа-носителя азота // XIII Научный семинар «Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции». Плес: Труды семинара. /ГОУВПО Иван. гос. хим. -технол. университет, Иваново, 2009. — С. 4−5

44. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А А Адсорбционная деформация микропористого углеродного адсорбента АР-В при адсорбции н-гексана // XIII Научный семинар «Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции». Плес: Труды семинара. /ГОУВПО Иван. гос. хим. -технол. университет, Иваново, 2009. — С. 5−6.

45. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А. А. Адсорбционная деформация микропористого углеродного адсорбента АР-В при адсорбции бензола // XIV Всерос. симпозиум «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности». Тез. докл. Москва-Клязьма. ИФХЭ РАН. 2010. — С. 30.

46. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А. А., Школин А. В., Петухова Г. А. Волновая сорбострикция микропористого углеродного адсорбента АР-В при адсорбции бинарной смеси и-гексан/и-нонан из потока газа-носителя азота // XIV Всерос. симпозиум «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности». Тез. докл. Москва-Клязьма. ИФХЭ РАН. 2010. — С. 32.

47. Набиулин В. В., Твардовский А. В., Фомкин А А. Описание адсорбционной деформации микропористых адсорбентов // XI Международная конференция «Современные проблемы адсорбции». Тез. докл. Москва-Клязьма, ИФХЭ РАН. 2011. — С 340.

48. Антоненко С. В. Технология тонких пленок. Учебное пособие. — М.: МИФИ, 2008. — 104 с.

49. Школин А. В., Фомкин А. А, Набиулин В. В. Волновая сорбострикция микропористых углеродных адсорбентов при адсорбции и-нонана // XI Международная конференция «Современные проблемы адсорбции». Тез. докл. Москва-Клязьма, ИФХЭ РАН. 2011. — С 112.

50. Власов А. И. Изотерма адсорбции. Интегрирование по параметру в методе Монте-Карло. // Современные проблемы адсорбции. Материалы XI Международной конференции, 24−28 октября 2011 г. — Москва. — С. 28.

51. Хейфец Л. И., Неймарк А. В. Многофазные процессы в пористых средах. М.: Химия. 1982. — 320 с.

52. Гурьянов В. В., Мухин В. М. Разработка адсорбционноактивного и высокопрочного углеродного адсорбента из синтетического сырья для заполнения газонаполняемых баллонов. // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности. Материалы Международной конференции, 14−18 апреля 2014 г. — Москва. — С. 18.

53. Анучин К. М. Фомкин А.А., Коротыч А. П., Толмачев А. М. Адсорбционное концентрирование метана// Физикохимия поверхности и защита материалов. 2014. Т. 50. № 2. — С. 156−160

54. Москалев П. В., Шитов В. В. Математическое моделирование пористых систем. — М.: Физматлит, 2007. — 120 с.

55. Шейдеггер А. Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. — Ижевск, 2008. — 250 с.

56. Прибылов, А. А. Адсорбционные явления при высоких давлениях и температурах. Сообщение 3. Определение эффективного диаметра молекул и их ориентации относительно адсорбционной поверхности по адсорбционным данным / Физическая химия / А. А. Прибылов // Известия Академии наук. Серия химическая. — 15/03/1996. — N 3. — с. 574−578.

57. Островский Г. М. Прикладная механика неоднородных сред. — СПб.: Наука. 2010. — 359 с.

58. Молоканова Г. К. Вероятностные методы прогнозирования некоторых физико-механических свойств нетканой волокнистой основы искусственной кожи. Дис. канд. техн. наук. М.: 2005. — 143 с.

59. Бабаев М. А. Исследование основных факторов, влияющих на прочность закрепления волокон нетканых иглопробивных полотен: Дис. канд. техн. наук. 05. 19. 08. М.: 2008. — 132 с.

60. Фенелонов В. Б., Мельгунов М. С. Адсорбционно-капиллярные явления и пористая структура катализаторов и адсорбентов. Сборник задач и вопросов с ответами и решениями. — Изд-во НГУ, 2010. — 190 с.

61. Калин Б. А (ред.) Физическое материаловедение. Том 5. Материалы с заданными свойствами. Учебник для вузов: В 6 т. Том 5. М.: МИФИ, 2008. — 672 с.

62. Приближенные методы расчета ΔG и константы равновесия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http: //lektsii. net/3−77 118. html

63. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие Пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1982 г. — 592с.

64. Дубинин М. М. Адсорбция и пористость. — М.: Наука, 1976. — 360 с.

Заполнить форму текущей работой