Главная -> Словарь

Поверхности углеродных

На основании данных табл. 5 построены изотермы адсорбции суммы асфальтенов и карбенов на поверхности углеродистого образца. Избыток адсорбирующихся компонентов вначале возрастает , затем падает, видимо до нуля, что согласуется с формализованным уравнением Гиббса. При малых концентрациях асфальтенов и карбенов максимум избытка адсорбирующихся компонентов в этих условиях не достигается даже при сумме карбенов и асфальтенов, превышающей содержание их в исходном пеке на 19,0%.

На основании данных табл. 5 построены изотермы адсорбции суммы асфальтенов и карбенов на поверхности углеродистого образца. Избыток адсорбирующихся компонентов вначале возрастает , затем падает, видимо до нуля, что согласуется с формализованным уравнением Гиббса. При малых концентрациях асфальтенов и карбенов максимум избытка адсорбирующихся компонентов в этих условиях не достигается даже при сумме карбенов и асфальтенов, превышающей содержание их в исходном пеке на 19,0%.

3) неоднородностью пористой структуры и текстуры, а такае различной доступностью внутренней поверхности углеродистого материала для диффузии газов. В кинетических исследованиях активная поверхность чаще всего является неизвестной величиной и численное значение ее включают в константу скорости процесса. В результате этого определяют не истинные, а кажущиеся значения кинетических параметров химического процесса. Иногда величину скорости процесса относят к поверхности, определяемой адсорбционными меяодаки. В работе показано, что реакционная поверхность углей и коксов даже при низкотемпературном их горении составляет ничтожно малую часть' от общей поверхности, определяемой методом адсорбции. С Необходимо отметить, что при исследованиях реакционных свойств углеродистых материалов особое внимание следует обратить на процесс приготовления и подготовки проб с точки зрения идентичности и ;.оспроизводимостя свойств изучаемых образцов.

2) горение и газификация углерода теоретически всегда протекают как на внешней контурной поверхности углеродистого материала, так и на внутренней поверхности чор, доступных молекулам реагирующего -газа, Количественная роль внутреннего реагирования для различных реакций различна и определяется конкретными условиями реа-гирования^

4) реагирование на поверхности углеродистого материала протекает обычно через хемосорбцшо молекул газообразного реагента.

Ранее отмечалось, что величина коэффициента ос характеризует скорость изменения реакционной поверхности углеродистого материала от его угара. Эта скорость, а следовательно, и величина коэффициента °^ очевидно, пропорциональны удельной поверхности, обусловливаемой преимущественно поверхностью микропор коксов. Можно предположить, что в начале реагирования не вся поверхность микропор доступна для молекул С0?. По мере выгазовывания эти поры становятся все более доступными для молекул реагирующего газа, в результате чего происходит всевозрастающее ускорение скорости реакции. Результаты исследований КРС порошкообразного кокса также подтверждают этот вывод.

На основании данных табл. 5 построены изотермы адсорбции суммы асфальтенов и карбенов на поверхности углеродистого образца. Избыток адсорбирующихся компонентов вначале возрастает , затем падает, видимо до нуля, что согласуется с формализованным уравнением Гиббса. При малых концентрациях асфальтенов и карбенов максимум избытка адсорбирующихся компонентов в этих условиях не достигается даже при сумме карбенов и асфальтенов, превышающей содержание их в исходном пеке на 19,0%.

Различия в реакционной способности коксов Шилов объясняет образованием на поверхности углеродистого материала углерод-кислородных комплексов различного характера. При одной и двух остаточных валентностях окислы как основные сообщают поверхности углеродистого материала положительный заряд. При трех остаточных валентностях по гипотезе Шилова образуется кислотный окисел и поверхность заряжается отрицательно.

Величина тиореакционной способности может быть выражена в абсолютных единицах — граммах образующегося сероуглерода в единицу времени ив относительных величинах — процентах к реакционной способности какого-либо принятого за эталон углеродистого материала, например березового угля. В обоих случаях она отличается от истинной реакционной способности, которая представляет собой количество сероуглерода, получаемое в единицу времени с единицы реагирующей поверхности углеродистого материала. Поскольку до настоящего времени еще не существует методов точного определения величины реагирующей поверхности углеродистых материалов, нельзя определить их истинную реакционную способность и приходится пользоваться описанным выше понятием — тиореакционная способность, величина которой определяется для данных условий опыта по определенной методике.

2. Неоднородность пористой структуры и разная доступность внутренней поверхности углеродистого материала для диффузии газов. 3. Ф. Чуханов установил, что горение и гази-

Между тем не всегда увеличение общей пористости ведет к росту удельной поверхности углеродистого вещества. Наиболее сильно влияет на удельную поверхность графита наличие мелких

Обработка поверхности волокон является важным процессом с точки зрения повышения их адгезии с матрицей. Обычно осуществляют обработку поверхности углеродных волокон окислением их в газовой фазе.

В качестве катализаторов использовали окислы и соли никеля, кобальта, железа и других металлов, широко применяемых для катализа, на которых неоднократно отмечалось интенсивное образование углеродных отложений в интервале температур 300...500 °С цри их применении в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Поэтому исследования закономерностей образования на их поверхности углеродных отложений имеет не только научный, но и практический интерес.

где г — радиус пор , заполняемых ртутью при давлении Р, Па; а -поверхностное натяжение ртути, Н/м; в — угол смачивания ртутью поверхности углеродных материалов, град. В большинстве работ для углеродных материалов этот угол принят равным 140—142°. С помощью ртутного поромера в принципе можно определять все размеры пор, присутствующих в углеродных материалах, но конструктивные особенности применяемых дилатометров, в которых над образцом имеется стол ртути высотой 15—20 см, ограничивают максимальные размеры определяемых пор величиной около 35 мкм. Применение дилатометров измененной конструкции, например с измерительным капилляром, изогнутым таким образом, что образец в начальный момент находится на одном уровне с верхней отметкой ртути, может расширить измеряемый диапазон пор в области больших размеров. Минимальный размер пор, определяемый ртутным порометром, по литературным данным, составляет 1—1,5 нм. Однако в работе указывается, что превышение давления ртути над определенным, зависящим от структуры углеродного материала и оцениваемым авторами в 20—50 МПа для разных материалов, может привести к разрушению структуры. Ранее на активных углях было показано, ч°го таких разрушений не наблюдается вплоть до 80 МПа. Видимо, для углеродных материалов, имеющих неоднородную пористую структуру, разрушения могут иметь место в случае заполнения крупных пор, рядом с которыми расположены еще не заполненные тонкие поры. На активных углях с равномерной структурой этого могло не наблюдаться. Таким образом, ртутная порометрия позволяет определять поры от 10 до 35000 нм. •

Проведены работы140141 по закреплению на поверхности углеродных материалов, в том числе и алмазных порошков, функциональных групп определенной химической природы. Предварительно для удаления с поверхности различных загрязнений алмазные порошки подвергают травлению в концентрированных неорганических кислотах. В результате воздействия окислителей и последующей термовакуумной обработки поверхность алмазных порошков освобождается от большинства кислородсодержащих групп и может быть использована для закрепления на ней различных функциональных групп.

Особый интерес представляет получение на поверхности углеродных, в том числе и алмазных, структур сильно полярных реакционноспособных функциональных гидрокси-, карбокси- и аминогрупп. Так, замещение атомов хлора на поверхности углеродных веществ под действием водяного пара при 373-733 К приводит к образованию эквивалентного количества поверхностных гидроксигрупп. Закрепление карбоксигрупп наблюдается142 при нагревании образцов углеродных веществ с концентрированной азотной кислотой в течение 5 ч. Трехчасовое кипячение углеродных веществ в хромовой смеси и хлорной кислоте приводит к образованию кислотных групп и активного водорода. Функциональные аминогруппы закрепляют на углеродной поверхности, действуя на поверхностные атомы хлора газообразным аммиаком при 623-673 К.

Поскольку активированные угли характеризуются наиболее широким спектром электронных состояний атома углерода по сравнению с другими переходными формами углерода, можно считать, в первом приближении, что данные о поверхностных химических соединениях активированных углей дают наиболее общую картину химии поверхности углеродных материалов. Разорванные связи на поверхности угля могут связывать целый ряд элементов с образованием прочных поверхностных соединений. В обзоре' приведена краткая сводка химических методов идентификации различных поверхностных групп. На рис.1 представлены различные типы функциональных поверхностных групп, обсуждавшихся в литературе.

В настоящее время принято классифицировать большое количество кислородсодержащих соединений на поверхности углеродных материалов на две группы. Основные группы образуются на угле, освобожденном от поверхностных соединений прокаливанием при 900-1000°С в вакууме или инертной атмосфере, после контакта с кислородом при низких температурах. Такие угли в присутствии кислорода адсорбируют из раствора кислоту.

Важным элементом химии поверхности углеродных материалов являются свободные радикалы. Они возникают в результате термического расщепления углерод-водородных связей в процессе образования конденсированных углеродных колец. Освобождаемый неспаренный электрон поступает в циклическую углеродную систему и стабилизируется, переходя на молекулярную орбиталь в системе /г-связей. Трудность исследования свободно-радикальных состояний заключается в том, что помимо неспаренных электронов, связанных с локализованными центрами, имеются электроны проводимости. Соотношение между этими типами неспаренных электронов зависит от температуры обработки углеродных материалов

излучением лазера, наблюдали рост полых углеродных усов с "бамбуковой" морфологией - периодической продольной структурой. Усы получались как прямыми, так и изогнутыми или спирально закрученными . Дифракционные исследования показали, что базисные плоскости графита вытянуты вдоль направления роста усов, что объясняет их высокую прочность на разрыв. Дифракция электронов позволила также установить, что при вискеризации поверхности углеродных волокон наряду с графитом выделяется и карбин, а также неидентифицированные углеродные фазы с периодами d= 455, 390, 340, 283, 262, 247, 213, 158, 147, 123 пм71.

Как уже говорилось выше, поверхности углеродных трубок образованы полосками шестигранников, растущими по спирали. Если к такой трубке подключить электрическое напряжение, ток пойдет не по всей ее поверхности, а по отдельной спирали. Она станет играть роль обмотки электрической катушки диаметром несколько нанометров. Внутри такого наносоленоида возникнут громадные магнитные поля, которые сегодня умеют получать только при помощи огромных магнитов и на очень короткое время. Возможности таких наномагнитов для исследования физических, химических и биологических явлений поистине безграничны.

В качестве катализаторов использовали окислы и соли никеля, кобальта, железа и других металлов, широко применяемых для катализа, на которых неоднократно отмечалось интенсивное образование углеродных отложений в интервале температур 300...500 °С при их применении в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Поэтому исследования закономерностей образования на их поверхности углеродных отложений имеет не только научный, но и практический интерес.

Таким образом, найден недеструктивный малоэнергоемкий способ модифицирования поверхности углеродных адсорбентов, дающий возможность увеличить их сорбционную способность с малым изменением их пористой и надмолекулярной структур.