Защита диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук
Защита состоится 19 февраля 2009 года в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д002.250.02, в Учреждении Российской академии наук
Институте элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН по адресу: 119991, Москва, ул. Вавилова, д. 28
Пастухов Александр Валерианович
Физико-химические свойства и структурная подвижность сверхсшитых полистиролов
02.00.06
химические науки
Д 002.250.02
Учреждение Российской академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН,
119991, Москва, ул. Вавилова, д. 28
Тел.: (499) 135-61-65
E-mail: rabkina@ineos.ac.ru
Предполагаемая дата защиты диссертации - 19 февраля 2009 года
Скачать Автореферат (doc)
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Исследования в области наноструктурированных материалов и нанокомпозитов лежат в основе новой технологии ХХI века - нанотехнологии и уже позволили перейти к использованию принципиально новых прогрессивных полимерных материалов для наноэлектроники, кластерных катализаторов, нанопленок и др. Одним из успешных и перспективных направлений в области наноматериалов является разработка новых полимерных нанопористных систем и нанокомпозитов на их основе. Среди огромного числа известных полимеров в этом плане особое место занимают сверхсшитые полистиролы, разработанные проф. В.А. Даванковым и д.х.н. М.П. Цюрупой (ИНЭОС РАН) в самом начале 70-х годов и выпускаемые в настоящее время в промышленном масштабе. Интерес к таким материалам определяется в первую очередь широкими возможностями их практического применения в качестве высокоэффективных сорбентов для выделения и разделения огромного числа органических и неорганических соединений, как в научных исследованиях, так и в производственных процессах. Сверхсшитые полистиролы обладают уникальными физическими свойствами и отличаются развитой нанопористой структурой и необычно высокой подвижностью полимерной сетки. Оставаясь однофазными материалами, эти полимеры с аномальным свободным объёмом, существенно большим, чем в жидкостях, и огромной внутренней удельной поверхностью, порядка 1500 м2/г, способны в несколько раз увеличивать свой объём при поглощении различных органических жидкостей, не только термодинамически совместимых, но и несовместимых с полистиролом.
Задачи оптимизации сорбционных процессов и расширения областей применения сверхсшитых полистирольных сорбентов определяют необходимость всестороннего изучения особенностей их структуры и физико-механических свойств, закономерностей деформационного и теплового поведения, прежде всего с использованием комплекса традиционных методов термомеханического (ТМА), термодилатометрического (ТДА), термогравиметрического (ТГА) и дифференциально-термического анализа (ДТА). Для изучения пористой структуры сверхсшитых сорбентов, образованной в основном микропорами размером до нескольких нанометров, кроме традиционной адсорбции азота, перспективным является использование метода аннигиляции позитронов. Метод аннигиляции позитронов в первую очередь информативен при исследовании свободного объёма в полимерах благодаря уникальной способности позитрония локализоваться даже в закрытых микропорах или элементах свободного объёма вещества.
Сверхсшитые полистиролы, позволяя создавать новые, в том числе уникальные сорбционные технологии, в то же время имеют ограниченную по температуре область использования (в пределе, не более 200 оС). Поэтому актуальным является разработка углеродных материалов на основе сверхсшитых полимеров, что позволяет получить термостойкие сорбенты со структурой, наследующей микропористую структуру исходных полимеров. Известно, что наиболее перспективные углеродные сорбенты, пригодные для многократного использования, получают именно методом пиролиза полимеров в гранульной форме, причем морфология исходного материала влияет на пористую структуру конечных карбонизатов полимеров. Микропористые углеродные сорбенты или углеродные молекулярные сита представляют большую группу промышленно важных сорбционных материалов, используемых в основном для очистки и разделения газов. Вместе с тем, сочетание высокого содержания сочлененных и конденсированных ароматических циклов и развитой системы нанопор у исходных сверхсшитых полистиролов, предопределяет возможность создания новых нанопористых углеродных сорбентов с парамагнитными свойствами. Такие сорбенты могут оказаться перспективными материалами для использования в медицине и биотехнологии в качестве кислородных сенсоров.
Устойчивая нанопористая и, в то же время, подвижная структура сверхсшитых полистиролов является «идеальной» матрицей для формирования различных нанокластеров неорганической и органической природы. Такие нанокомпозиционные материалы могут отличаться уникальными оптическими, магнитными, каталитическими и др. свойствами. В частности, актуальным является разработка эффективных магнитных сорбентов для удаления высокотоксичных соединений с использованием метода магнитной сепарации. Нанокомпозиты, сочетающие в себе особые свойства импрегнированных наночастиц и наиболее ценные свойства самой матрицы сверхсшитых полистиролов – структурную подвижность, высокую проницаемость и сорбционную емкость – могут оказаться весьма перспективными в качестве катализаторов, в том числе и обладающих магнитными свойствами.
Таким образом, актуальность и важность решения вышеназванных научных и прикладных проблем в области физической химии полимеров обусловили проведение данной многоплановой работы. Настоящая работа посвящена исследованию структуры, физических, механических и термических свойств нанопористых сверхсшитых полистиролов, а также новых углеродных и магнитных нанокомпозитных сорбентов на их основе.
Разрабатываемая тема включена в планы научно-исследовательских работ Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук.
Работа была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований: гранты РФФИ; «Программа Отделения химии и наук о материалах РАН» г/к N 1002-251/ОХНМ-08/131-125/050504-194 от 05/05/04; Американским фондом гражданских исследований и разработок (CRDF), грант RC1-179.
Цели и задачи исследования
Основной целью настоящей работы являлось проведение комплексного исследования структурных особенностей сверхсшитых полистирольных сеток, механических и термических свойств сверхсшитых полистирольных сорбентов, а также поиск возможностей создания композиционных материалов на их основе. При этом решались следующие конкретные задачи:
- установить основные корреляционные зависимости физических свойств сверхсшитых полистиролов от их химического строения, степени сшивания, пористости;
- оценить размеры пор сверхсшитых полистиролов методами аннигиляции позитронов и динамической десорбционной порометрии;
- провести комплексные исследования динамики сверхсшитых полистирольных сеток – их структурной подвижности в процессах поглощения и удаления адсорбатов, а также при тепловом и (или) механическом деформирующем воздействии;
- провести исследования системы сверхсшитый полистирол – вода при низких температурах;
- изучить закономерности процесса термодеструкции сверхсшитых полистиролов;
- установить возможность получения нанопористых углеродных материалов сферической формы путем пиролиза сверхсшитых полистиролов;
- провести исследования пористой структуры и сорбционных свойств образующихся углеродных материалов;
- разработать нанокластерные композиционные материалы с магнитными свойствами на основе сверхсшитых полистиролов и неорганических соединений; изучить структурные особенности нанокомпозитов и их сорбционные свойства.
Добавить 