Способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов Советский патент 1980 года по МПК C01B31/10 G01N33/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНО } ТЕМПЕРАТУРЫ АКТИВАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ МА ГЕРИАЛОВ

Изобретение относится к получению сорбентов,-В частности к способам определения оптимальной температуры активации при получении углеродных сорбентов.. . Известен способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов, включающий нагрев образца углеродного материала (углеродной ленты) при подачегазообразного кислородсодержащего активирующе го агента пара или СО в переменно температурном поле, температурный градиент которого изменяется линейно по длине.После активации ленту разре зают по длии-е и О1;ределяют сорбционную активность отрезков. Отрезок обладающий максимальной адсорбционной активностью, соответствует определен ной температуре, которую принимают за оптимальную температуру активации 1 . Недостатком известного способа является сложность, длительность и ограничение в.применении. Сложность способа состоит в том, что он не исключает определение трудоемкими ме тодами сорбционной активности отрезков ленты, что требует большой затраты времени. того, этот спо- / соб может быть использован только применительно к yглepoд ftiIM тканям. Целью изобретения является сокращение времени онределения и упрощение процесса. Указанная цель достигается тем, что образцЕл углеродного материала нагревают при различных температурах при подаче газообразного кислородсодержа1Дего. активирующего агента и температуру соответст&ующ ю скорости обгара образца I-IO - г/г-с принимают за оптимальную температуру активации. Известно, чтЬ об.ъем пор (сорбционная емкость) углеродного материала, .получаемый активацией при одинаковой степени обгарй, тем выше, чем меньше температура активации. Исследованиями ycTaHOBjfieHO, что существует пpeдe ьная температура, ниже которой указанное явление не наблюдается, объем пор остается постоянным и определяется только степенью обгара. Эта температура является оптимальной для процесса активации. Установлено, что птимальной температуре ;соответстауе скорость обгара S-lOt/r-c независимо от активирующего газа (пар.

02I воздух. Снижение скорости а менее 110 г/г-с не дает ysej

увеличение бъема указанных пор и чрезмерно удлиняет процесс активации. При повыении скорости обгара более 5-10 г/г с (т.е. активация при более высоких температурах) объем пор развивается недостаточно полно или не развивается, а потому при таких условиях нельзя получить сорбент.

Для определения используется кокс из бурых углей, который получают путем теркмческого воздействия на бурый уголь Назаровского месторождения Канско-Ачинского бассейна Сибири без доступа воздуха до температуры 900°С. Кокс имеет следующий технический анализ, вес.%: летучие 6, зола 16, влажность 3. Размер зерен буроугольного кокса составляет 0,10,2 мм навеска, использованная в опытах равна Q,5 г.

Полукокс из длиннопламенного угля, который получают путем термического воздействия на длиннопламенный уголь Кузбасса без доступа воздуха до температуры , Его технический анализ следующий, вес.%: летучие 7, зола 10, влажность 1, 5. Размер зерен 0,6-1 мм, навеска. 1 г.

Углеродное волокно, которое получают карбонизацией полиакрилонитрильного волокна (ПАН) при нагреве до 900°С в инертной среде. Размер, (диаметр) элементарного волокна 57 мкм, летучие 0%, влажность О,8%, навеска, использованная в опытах 0,5-1 г.

Для проведения опытов используется электрическую печь разъемного типа мощностью 1,5 кВт с регулятором подъема .температуры (ЛАТР-9), хро vleль-aлюмeлeвyIo или платина-платинородиевую термопару, гальванометр с ценой деления 1 градус и тёрмовесы (переоборудованные весы АДВ-200) .

Оптимальная температура активации определяется при следующих условиях: окислению подвергают.отдельные навески величиной в 0,5-1 г, окислению каждой навески соответствует своя постоянная температура, например для кокса из бурого угля берутся следующие температуры: 300, 345, 385 и окончательная - 340°С, которой соответствует скорость потери в весе 110 г/Гс, окисление навески при заданной температуре проводят в те4eifae 15-20 мин, а. это время определение скорости потери в весе (С) производят не менее трех раз путем деления убыли в весе (У) навремя (В), в течение которого происходила убыль, т,е.

C-V

8,Н

где Н - навеска.

В - длительность определения опобгатимальной температуры активации по предлагаемому способу колеблющаяся в пределах 2-3 ч,

В качестве- окислительных сред используют воздух, водяной пар и углекислый rai5 с расходом 0,180,36 .

Пример 1. Для определения оптимальной температуры активации кокса из бурого угля Назаровского месторождения,полученного коксованием до температуры 900С, кокс измельчают до размера зерен 0,1-0,2 мм, берут четыре навески величиной по

5 0,5 г и.поочередно окисляют при следующих температурах,С 300, 345 и. 385. Для проведения эксперимента берут термовесы, электрическую разъемную печь мощностью 1,5 кВт, снаб0женную регулятором подъема температуры - латром и xpoMe ib-алюмелевой термопарой с гальванометром. В нагретую до заданной температуры печь, например до (далее до , ) помещают контейнер с навеской и в

5 среде воздуха проводят активацию в т ечение 20 мин. Во время активации ведут запись потери в весе три раза через 5 и 10 мин и производят расчет скорости потери в весе (скорости

D обгара). В таблице приведены результаты при разных температурах,С: 300, 345, 385 и величине .скорости потери в весе, г/г-с: 3,, 3,65х10 5, 4,2x10-5, 1,2 10, 1,2x10,

5 1,-4х10- 2,5х1оЛ 2,55/10 2,35/10-.

На фиг. 1 приведен график зависи 4ости скорости обгара потери в ве- . се от температуры.

Как видно из графика, температуре 340°С отвечает скорость потери в

0 весе 1Ю г/г. с. Опытная проверка этой температуры на скорость окисле- . ния подтверждает достоверность оптимальной температуры активации.

Пример. 2. Графически -опреде5лено, что скорость обгара 510 V/r-c соответствует температуре 39 ОС по примеру 1, но активацию (окисление) ведут при 250 450°С.

Пример 3. 0,5 г углеродного

0 волокна, полученного из полиакрилонитрильного волокна (ПАИ) при 900®С. По методике, описанной в примере 1, проведено определение скоростей обгара на воздухе при. 350 400

5 и . Графически найдено, что скорость обгара 510 г/г.с отвечает температуре . Экспериментальное определение подтверждает эту величину обгара при 460°С.

П р имер 4. По методике, опи0санной в примере 3,проведено определение оптимальной темпера:туры активации углеродного волокна в атмосфере углекислого газа, причем расход . 5 углекислого газа составлггет 0,36 м /г.

Замер скоростей проводят при 700, 800, 850®и 1050°С.4РаФически найдена оптимальная температура активации , которая соответствует скорости сбгара 5 10 г/ГС. Экспериментальная проверка подтверждает правильность определения оптимальной температуры активации.

Пример 5. Углеродное волокно, как в примере 3 и по той же методике, активируют водяным паром, причем расход пара составляет 0,36 . Замер скорости обгара (.потери в весе) проводят при 700с, , 850°С и 1050°С, Сначала графически, а затем экспериментально установлено, что скорость обгара 5lOr/Гс соответствует температуре .

Взятие навески

Разогрев печи до заданной температуры

Активация (окисление

Обработка .активированной ленты

Расчет скорости потери в весе и построение графика зависимости скорости от температуры

Определение сорбционной активности

Всего:

Как видно из таблицы, по подготовительным операциям и времени на активирование известный способ обладает преимуществом по длительности, однако необходимость дальнейших определений сорбционной активности (чтобы (Определить оптимальную температуру активации) делает его очень длительным (по крайней мере 2 дня), например путем определения содержания в образцах гигроскопической влаги по ГОСТ 8719-58 или по адсорбционной методике.

Пример б. Определяют оптимальную температуру активации полукокса, полученного из каменного угля марки длиннопламенный (д) при нагревании его бе:з доступа воздуха до 670с. Размер зерен полукокса навески составляет 0,6-1 мм. Берут навеску величиной в 1 г. Скрость обгара определяют при 340С, 370С и ДОЗС. Графически определяют оптимальную температуру активации 400°С (которой соответствует скорость 1lOr/г-с). Экспериментальная проверка подтверждает эту температуру.

В таблице приведены данные по затрате времени на определение оптимальной температуры активации по предлагаемому и известному способам.

1

53«5 15

5 5

130x1 30

ет

Нет

Во время разогрева печи

Нет

Нет и активации

10 От 2-х

Нет дней до 2-х недель

От 2-х

165 дней до 2-х недель

Точностьопределения оптимальной температуры складывается из точности взвешивания, которая составляет 0,5 мг, из точности замера температуры - и точности замера времени , 1 с и среднеквадратичная ошибка определения составляет в зависимости от температуры (275-1000°С) от 2 до 5 градусов.

Таким образом предлагаемый способ значительно упрощает определение оптимальной температуры активации, так как он основан только на одном па