Способ получения катионообменного углеродного волокна

. В, Гулько И. Фридман Любл й химии ей и неорганич Институт елорусской С 71) Заявитель СПОС а структура углеродного волокна становится более упорядоченной, что затрудняетдоступ реагента вглубь волокна, Такимобразом, окисление низкотемпературных 5углеродных волокон дает продукт сдостаточной обменной емкостью, но низ-кой прочностью, и наоборот, окислениевысокотемпературных волокон обеспечивает высокую прочность, но целевой продукт имеет низкую емкость.Известен также способ получения углеродного катионообменника путем двухстадийной обработки углеродного волокна,полученного при 500 С, сначала в растоворе треххлористого фосфора при 7,э СфО 5О/в течвние 10 ч, а затем в 25,0 раствооре азотной кислоты при 60 С в течение8 ч. Обменная емкость целевого продукта составляет 4,5 мг=зкв/г 2Наиболее близким к предложенному является способ,по которому катиопообменное углеродное волокно, полученное при карбонизации д 00 С, подвергаютоокислению в азотной кислоте с коипентраИзобретение относится к получению хатяонообменных материалов на основе углеродных волокон и используется в сорбой технике для поглощении различвеществ из газов и жидкостей.Известны способы получения углеродных волокнистыхионообменников, состоящие в том, что углеродные волокна подвергаются обработке при высокой температуре в концентрированных растворах минеральных кислот ЯСвойства целевого продукта полученного по указанным способам зависят от конечной температуры карбонизации и ус- . ловий окисления, причем обменная емкость находится в обратной зависимости от температуры карбонизации чем вьппе температура термической обработки волокна, тем ниже величина обменной емкос-ти) Это объясняется тем, что с повышением температуры карбониэации в составе углеродного волокна уменьшается количество реакционноспособных групп (например, -СН-), способных окисляться,ных ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОНООБМЕННОГО УГЛЕРОДНО . "ВОЛОКНА 5715457 Продолжи, тельностьобработки,або тки Окислени расплав е 21 33 т 68 33, 1532 т 65 32, 8 28 аэотю кис 4 85 2,52 4 60 алкМиния 3,7 ение е аэотнокисло,6 естный спосо 1,11 39,7 1,26 22,4 1,48 22,0 2,05 17,0 1,11 1,26 1,48 2,05 Окислениев кипящейазотнойкислоте 240 360 цией 70% в течение 1 ч при 90-98 С, Полученное углеродное катионообменное волокно имеет обменную емкость 2,2 мг-экв/г, а его прочность состав ляет 9,2 кгс-мм, При подобной обработ"2ке углеродного волокна, карбонизованного при 810 С, полученный продукт имеет0обменную емкость 1,11 м-экв/г, и прочность 39,7 кгс/мм ЫНедостатком способа является йизкаяобменная емкость карбониэованных волокон.Цель изобретения - повышение обменной емкости катионообменного углеродного волокна без потери его прочюсти,: Поставленная цель достигается тем, что обработку карбонизованного углеродного волокна окисляюшим агентом - нагретым гомогенным расплавом кристаллогидратов азотюкислых солей алюминия йли железа.Способ осуществляют следующим образом.Приготавливают гомогенные расплавы азотнокислых солей алюминия или желе-25 за, в расплавы погружают углеродные волокна, выдерживают 30-60 мин, извлекают иэ расплава, отмывают водой до нейтральной реакдии. Достаточю высокая обменная емкость для высокотемпезо ратурного прочного волокна достигается эа 30 мин и растет без существенного уменьшения прочности в пределах до 60 мин. Применение расплава позволяет резко увеличить концентрацию окислителя и температуру обработки, уменьшить гидролитическое расшепление водой получаемого юнита, а уменьшение необходимого времени окисления позволяет сохранить прочность волокна, Снижается выделение токсичных газов. Исходные вещества представляют твердые не агрессивныепри комнатной температуре соединения, скоторыми легче и безопаснее оперировать,чем с высоко агрессивными жидкостями.П р и м е р, Приготавливают расплавы азотнокислых солей алюминия АС(ЮЪЬ9 НО или железа Ре (И Щ 9 НО . Температура расплавов соответственно 140 Си 130 С; Прп этих температурах солиоА т (МО) ОН 0 (140 С) и Ре(МО)"9 Н О (130 С) дают гомогенные.расплавы, в которых возможна однород-ная обработка волокон. При температурахниже указанных не достигается полнаягомогенизация расплава, а выше - расплавы кипят с разложением.В эти расплавы погружают углеродные волокна, полученные при различныхконечных температурах карбонизации, выдерживают определенные промежутки времени, после чего образцы извлекают иэрасплава и отмывают водой до нейтральйойреакции. Определяют катионообменную емкость по раствору М аОН и прочность на разрыв.Для получения сравнительных данныхпараллельно проводили окисление углеродных волокон в среде азотной кислоты поизвестному. способу в течение различныхпромежутков времени. Данные сведены втабл,715457 Составитель В. ВиноградоваРедактор Н. Шильникова Техред Л. Алферова Корректор. М. Демчик Заказ 9609/2 Тираж 565БНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Из табл, видно, что окисление углеродных волокон, полученных при различных температурах карбонизации, расплавами кристаллогидратов азотнокислых солей алюминия или железа приводит к получению ионитов с высокой обменной емкостью и прочностью даже для высокотемпературных волокон. При этом эффективность окисления расплавами выше, т. е. высокие значения обменной емкости достигаются за значительно меньшие промежутки времени и это позволяет сохранить прочность. Увеличение времени обработки расплавом АЬ(МОД9 НО угольного волокна с температурой карбонизации 810 С с 60 мин до 120 мин дает возоможность увеличить обменную. емкость с 2,65 до 3,78 мг-экв/г, т. е. в 114 раза, а прочност падает только с 32,8 до 28,7 кгс/мм, т. е, на 12%, в то время как при окислении азотной кислотой такого же волокна обменная емкостьвозрастает только с 1,11 до 1,26 мг-экв/г, т. е. на 13%, в то время как прочность падает с 39,7 до 22,4 кгс/мм т. е. в 1,8 раза.Полученные катионообменные углеродные волокна испытаны на устойчивость к различным обработкам. Результаты испытания показали, что эти иониты устойчивы при нагревании на воздухе доо1 200 С в течение 2 ч, при кипячении в воде в течение 2 ч, в 0,05 н. растворе щелочи 1 ч, в 5 н. растворе соляной кислоты 1 ч, выдерживают без изменения обменной емкости многократные циклы 5 сорбции-,десорбции,формула изобретения Способ получения катионообменногоуглеродного волокна, включающий обработку карбонизованного углеродного волокна окисляюшим агентом при нагревани, отличающийся тем,15 что, с целью повьппення обменной емкости, катионообменного углеродного волокна,без потери его прочности, в качествеокисляющего агента берут гомогенныйрасплав кристаллогидратов азотнокнслыхсолей алюминия или железа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Ермоленко И. Н. и др. Сорбционно-активные волокнистые угольныемате 25риалы и перспективы их использования внародном хозяйстве, Минск, 1976,2. Авторское свидетельство СССР286218, хл. С 01 В 31/16,20.05,68,303. Авторское свидетельство СССР208927, кл, С 08 В 15/00,24,05.66 (прототип).