Способ определения ароматичности углеграфитовых материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N31/06 

Изобретение относится к способам определения степени ароматичности углеграфитовых материалов, например продуктов деструкции углей, каменноугольной смолы, и может найти пр,именение в коксохимической, и других отраслях промышленности при изучении структуры веществ.

Известе-н рентгеноструктурный анализ, применяемый для изучения углеграфитовых материалов по характерным линиям рентгенограмм для графита 1.

Однако Б силу полного или частичного перекрывания этих линий этот метод не позволяет судить о степени ароматичности углеграфитовых материалов, т.е. не позволяет количественно определить этот показатель. Кроме того, рентгеноструктурный анализ требует большой затраты времени и соблюдений специальных требований по технике безопасности.

Цель изобретения - копичественцая оценка степени ароматичности углеграфитовых материалов, уменьшение - Рудоемкости определения.

Поставленная цель достигается тем, что через испытуемый материал пропускают пары двух соединений - бензола

и тиофена или нафталина и тионафтена в потоке газа-носителя.

Указанное отличие позволяет определить степень ароматичности с помощью веществ-тестеров, выбранных таким образом, что молекулярное строение одного из них, например бензола или нафталина, геометрически подобно элементарному ароматическому звену базис10ной плоскости графита, а второе - тиофен или тионафтен элюирует раньше первого только на ароматически конденсированном углероде исследуемого материала.

15

Выбранные пары компонентов по разному ведутсебя на адсорбенте в зависимости от наличия или отсутствия ароматически конденсированного углерода в образце.

20

Так, при использовании в качестветестеров пары бензол-тиофен, бензол, на графите и графитированной саже, т. е. на материалах, характеризующихся полной ароматичностью, удерживался

25 в большей степени, чем тиофеч. На материалах, характеризующихся меньшей ароматичностью, например на пековом коксе, степень удерживания бензола уменьшалась. На материалах, не содер30жащих ароматически конденсирог лнного углерода, например на антраците, в большей степени удерживался тиофен, а не С5ензол, Сущность способаСОСТОИТ в том, что исследуемый углеграфитовый материал засыпают в хроматографическую колонку, которую помещают в термоста хроматографа, нагретый до 40--120с. В поток газа-носителя последовательно вводят пары бензола-тиофена или нафталина-тионафтена. По получёиной хроматограмме определяют параметры хроматографического опыта и рассчиты ,бают теплоту адсорбции. Отношение теплот адсорбции выражают через коэф фициент ароматичности .К, который характеризует степень ароматичности и не зависит от условий проведения опы та. Пример . Для определения сте пени ароматичности термоантрацита, обработанного при , используют хроматограф Цвет с детектором ти па катарометр. Термоантрацитом, измельченным до фракции 0,20-0,15 мм, заполняют хроматографическую колонку длиной 1 м и диаметром 3 мм, которую помещают в термостат хроматографа с температурой 40 С, Затем в поток газа-носителя гелия при скорости 60 мл/мин вводят последовательно адсорбируемые компоненты бензол и тиофен в количестве 0,02 мкл. Хроматографический опыт проводят в следующих условиях: время удержива ния несорбирующегося газа 0,175 мин, время удерживания бензола 0,925 мин, время удерживания тиофена 0,840 мин, вес исследуемого адсорбента g 9,85 г ijonpaBKa на сжимаемость газа при про хождении через колонку J 0,825, атмосферное давление Р 739,7 мм рт.ст, давление на входе в колонку Р 1033,7 мм рт. ст., объемная скорсЗсть газа-носителя V/2. 53,9 . Величина удельного удерживаемого объема для бензола равна V -i i-rtfil-J-Yii Q g iOi|25-0 175ii0 825:53j,9 9,85,ь для тиофена V - Itl:-rti J Yk % g jOjj.840-0.175, Oi825-53j,9 , ,,. b Для расчета теплоты адсорбации определяют удельные удерживаемые объемы при, С: Бензол 0,61 0,39 0,20 0,175 Тиофен 0,51 0,50 0,20 О,75 V 1 Строят зависимость Ig-r; от по тангенсу угла наклона прямой определили теплоту адсорбции каждого компонента. Теплоту адсорбции рассчитывают по формуле . ig -I 4,57 ккал/моль. Чбви 9,1 ккал/моль, Q „а 8,9 ккал/моль. По .отношению теплот адсорбции определяют коэффициент ароматичности для термоантрацита, обработанного при 2000С. К - 9xi 1 02 От 89 J-г 1 В таол. 1 Лриведены эксперимёнтальйые данные по определению ароматичности углеграфитовых материалов. Как видно из данных табл. 1, наибольший коэффициент ароматичности име:от графит и графитированная сажа, наименьший - антрацит обеззоленный и кокс, полученный при , что подтверждается самой природой исследуемых материалов. В табл. 2 приведены отношения теплот адсорбции различ Тых пар соединений для графита и графитированной сажи. Из данных табл. 2 следует, что только применение пар бенэол-тиофен или нафталин-тионафтен позволяет определить коэффициент ароматичности, выраженный через отношение теплот адсорбции и имеющий постоянную велигину для графита и графитированной сажи, принятых за эталон в ряду углеграфитовых материалов. Использование других пар соединений, например бензол-циклогексан, бензол-октан, бензол-м-ксилол не позволяет по отношению теплот адсорбции судить о степени ароматичности углеграфитовых материалов, так как коэффициент ароматичности в этом случае теряет физический смысл, В табл. 3 представлены сопоставительные данные известного и предложенного способов. Из сопоставительного анализа сле:дует, что Хроматографический метод позволяет определить ароматичность углеграфитовых материалов любой структуры в отличие от рентгеноструктурного, который применим только для веществ, содержащих углерод упорядоченной структуры. Кроме того, метод не требует больших затрат времени, соблюдения специальных .условий по технике безопасности. Таким Образом, данный способ является количественным методом определения ароматичности углеграфитовых материалов, дающий возможность оценить степень ароматичности веществ без . предварительной термообработки перед опытом. Способ применим для исследования структуры продуктов деструкции углей, каменноугольной смолы и других веществ Использование гго на практя -:е позволит управлять тохнологичо.скими процессами, например процессом коксоьания пека, а также контролироваiь качестно углсграФитазых материалом прп их получении. Таблица I

4,5

Графит Графитированная

Графит1,1

Графитированная сажа 1,1

Возможность определения ароматичности углеграфитовых материалов

Продолжительность определения

Условия техники беэопасност«

4,3

1,10

1,10

Таблица 2

0,80

0,97

0,29

0,82

0,86

0,99

ТаблицаЗ

Любые структуры

7 ч Не требует

7998944

Формула изобретенияют пары двух соединений - бензола и Способ определения ароматичности

углеграфитовых материалов, о т л и -Источники информации,

чающийся тем, что, с целью .принятые во внимание при экспертизе количественной оценки степени ароматичности и уменьшения трудоемкости 1. Структурная химия углерода и уг-определения, через исследуемый мате-лей. Сборник. М., Наука, 1969,

риал в потоке газа-носителя пропуска-с. 35-45.

тиофена или нафталина и тионафтена.