Способ определения структурных параметров зернистых материалов

(51) 5 С 01 В 30/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2риалов. Целью изобретения является повышение точности и расширение степени графитации углеродистых материалов. Через слой стандартного и испытуемого, материала пропускают в ви, де паров модельные соединения из ряда нафтеновых, парафиновых, одноядер ных и многоядерных ароматических углеводородов в порядке возрастания их адсорбционной способности, определяют изменение мольной энтальпии (ВН) при адсорбции модельных соединений на испытуемом и стандартном углеродистом материале, разность по модулю величинН для модельных соединений на испытуемом и стандартном углеродистом материале, отношение величины разности ЬН для каждого соединения к соответствующему значению 4 Н для стандартного углеродистого материала и по средней величине этих отношений для всех модельных соединений судят о степени графитации углеродистых материалов. 2 табл,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П.1 НТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР У 1339090 кл. С 01 Я 30/06, 1983.Киселев А.В., Яшин Я,И. Адсорбционная газовая и жидкостная хроматография. М.: Химия, 1979.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХПАРАМЕТРОВ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к способам определения степени графитацииуглеродистых материалов, напримерграфитированных электродов, продуктов пиролиза углей, пеков, и можетнайти применение в коксохимическойи алюминиевой промышленности для определения качества и управления процессами получения углеродистых матеИзобретение относится к физической химии, в частности к методам определения адсорбционных характеристик материалов с помощью газовой хроматографии, и может использоваться в различных физико-химических лабораториях.Целью изобретения является повышение точности определения структурных параметров материалов.Образец материала измельчают, отбирают фракцию.зернением 0,28-0,63 мм,которую сушат в сушильном шкафу при 120 С в течение 1,0-1,5 ч, Высушенный образец помещают в хроматографическую колонку, которую устанавливают в термостат хроматографа, подключают к источнику инертного газа- носителя и кондиционируют в течение 1,5-2,0 ч при 275-280 С, не подсоединяя колонку к детектору.После завершения процесса кондиционирования соединяют колонку с детектором по теплопроводности, уста1539655,йавливают расход газа-носителя, на- щего. Тестовые соединения вводят в чальную температуру колонки и после колонку в смеси с несорбирующимся выхода хроматографа на заданный режим (обладающим минимальным удерживанием . вводят в колонку тестовые вещества, на исследуемом сорбенте в условиях относящиеся к классу парафиновых,наф- эксперимента) веществом. теновых, ароматических, нафтено-аро- На основании полученных характематических и полиароматических угле- ристик удерживания строят зависимость водородов. Тестовые соединения вводят, логарифма эффективного удельного в колонку в порядке возрастания их 10 объема удерживания от обратной темтемператур, кипения. После определе- пературы для каждого из тестовых вения характеристик удерживания одногоществ на исследуемом образце и обиз тестовых веществ температуру ко- разце, принятом в качестве стандарта, лонки повышают до температуры кипе- Далее определяют изменение мольния этого соединения и выдерживают 15 ной энтальпии при адсорбции каждого при этой температуреисследуемый ма- тестового вещества на исследуемом териал в течение 30 мин, Затем уста- и стандартном образцах.навливают в термостате колонок началь- Оценку соответствия структуры ную температуру для определения ха- исследуемого материала структуре рактеристик удерживания следующего 20 стандарта проводят по величине стетестового вещества, имеющего темпе пени упорядоченности К определяемойУ ратуру кипения выше, чем у предьщу- ,из выраженияИН - ЬН1 Н:ь-ДНс 1 АН -ДНсдНсНс 4 НсК = 1У)ф где ДН- изменение мольной энталь-.м,спии при адсорбции одногоиз ряда использованных 0тестовых соединений наисследуемом (И) и стандартном (С) материалесоответственно,- число тестовых соединений(д1).П р и м е р 1. Тестовые соединения пропускают в порядке повышения. температур кипения (Т ): бензолО(Т = 80 С), затем циклогексан (Т = = .81 С), далее н-гептан (Т = 98 С), 1-метилнафталин (Т= 245 фС).Стандартный материал - графит, Адсорбат - бензол, несорбирующийся компонент - воздух, Расход (У) га за-носителя 100 мл/мин, детекторкатарометр, масса (ш) адсорбента 11,8 г, длина колонки 2 м, диаметр колонки 3 мм, количествс вводимой пробы 0,0045 ф 0,0005 г.Объемы удерживания (Ч) бензола на графите 2,40; 1,70; 1,369 1,00 см/г при температурах (Т) 30;40; 51;,62 С соответственно. Строят зависимость 1 Ч от 1/Т. и определяют величину ДН = 27,4 кДж/моль.55Повышают температуру термостата с 62 до 80 С (температура кипения бензола) и продувают слой адсорбен- " та гелием в течение 30 мин, Затем температуру понижают и повторяют операции, вводя в колонку циклогексан,гАдсорбат-циклогексан, несорбирующий компонент - воздух. Величины Ч циклогексана на графите: 1,80;1,40; 1,13; 0,80 см/г при температурах 34; 45;, 59; 75 С соответственно ДН = 19,3 кДж/моль.Повышают температуру термостата с 75 до 81 С и продувают слой адсорбента гелием в течение 30 мин,затем в колонку вводят н-гептанАдсорбат-н-.гептан, несорбирующийся компонент - воздух. Значения Чн-гептана на графите равны 3,25;2,40; 1,48; 1,05 смз/г при температурах 29; 40; 51; 63 С соответственно, ЕН = 31,2 кДж/моль.Рассчитывают эффективный удельный удерживаемый объем.по соотно/ шению,Ч = Сц 1/ш, где С - исправленное время удерживания, 1 - поправка на сжимаемость газа .Повышают температуру термостата с .63 до 98 С и продувают слой ад-. сорбента гелием в течение 30 мин, а затем вводят в колонку 1-метилнафталин.Адсорбат - 1"метилнафталин, несорбирующийся компонент - воздух.Зна1539655 10 Степень графитации,Х Материал 100,0/10071,4/184,0 ГрафитПолукокс ККокс из витренитовой фракции (ВФ) угля ССПолукокс из ВФугля ССТермообработанная ВФ угля СС200 ОСНефтяной кокс 25 78,4/113,5 74,3/111,5 30 бб, 7/1080 81, 5/.177,0 35 5чения Ч при адсорбции 1-метилнафталина на графите 5,52; 4,00; 2,95;2,30 см /г при температурах 160;170; 180; 193 С соответственно, Ь Н = - 53,00 кДж/моль.Аналогично определяют значения Ь Н при адсорбции тестовых соединений (бензол, циклогексан, н-гептан, 1-метилнафталин в смеси с воздухом) на промышленных графитированных элек" трбдах.Рассчитывают степень упорядоченности (графитации) графитовых электродов, коксов, полукоксов, используя приведенную Формулу. Результаты в сопоставлении с прототипом следующие (в знаменателе представлены, данные по прототипу). П р и м е р 2. Тестовые соединения пропускают в порядке повышения температур кипения: псевдокумол (Т = 169 С), затем н-декан+ 0,0005. г,Объемы удерживания (Ч ) псевдокумола на кварце; 1, 12; 3,70; 0,43;0,30; 0,20; 0,13; 0,09 см/г при тем"пературах 70; 80; 90; 100; 110; 120;130 фС соответственно. Строят зависимость величин 1 я Ч от 1/Т иопре-.деляют изменение мольной энтальпии Ь Н. ЬН = 48,8 кДж/моль. Затем температуру термостата повышают до температуры кипения псевдокумола (169 С).Далее вводят следующий адсорбат -н-декан.Адсорбат - н-декан. Несорбирующееся соединение - циклогексан.Объемыудерживания н-декана на кварце: 1,02;0,65; 0,4 1; 0,28; 0,18; 0,13;0,09 смь/г при температурах 70; 80;90; 100; 110; 120; 130 С соответственно. Ь Н = 46,5 кДж/моль,Температуру термостата прибораувеличивают до температуры кипениян-декана (174 С) и продувают слойадсорбента - кварца гелием в течение 30 мин. Затем температуру понижают цо 100 С и вводят в колонку20 тетралин.Адсорбат - тетралин, несорбирующееся вещество - циклогексан, Объемыудерживания тетралина на кварце:1 01; 0 70; О 44; 0 31 О 20; О, 16;О, 13; О, 10 смз/г при температурах100 р 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170 Ссоответственно. Ь Н = 42,Ь кДж/моль.Слой кварца продувают гелием притемпературе кипения тетралина 207 Св течение 30 мин,Аналогично определяют величиныЬН при адсорбции модельных соединений - псевдокумола, н-декана, тетралина на горных породах (кварц -Шарташский гранит, сланцево-битумные породы Южно-Коелгинского месторождения) и цеолитах.Рассчитывают степень упорядоченности. Результаты представлены втабл.1. П р и м е р 3. Используют тестовые соединения, аналогичные представленным в примере 2. В качествестандарта используют мрамор.Адсорбат - псевдокумол, Несорбирующееся соединение - н-пентан. Объемы удерживания псевдокумола на .мраморе: 1,30; 0,80; 0,56; 0,30;0,21; 0,13 см /г при температурах58 68; 75; 90; 100; 115 С соответственно. Ь Н = 47,6 кДж/моль.Температуру термостата повышают со 115 С до температуры кипенияь,псевдокумола (169 С) и продуваютслой мрамора гелием в течение 30 мин,Затем устанавливают температуру измерения для следующего адсорбатан-декана.1539655 ЬН, к кумол -Те Кварц 48,8Шарташскийгранит 49,6Сланцево-битумная по 1005 47,53 о 86,7 еолиты:аАаНаАЙаАаМаАоБаАцСаА 4 8 40,3 75,2 39 б 90,6771,65 74, 23.84, 10 93,77 94,50 2,1 2,9 0,2 0,0 7)5 38,5 38,6 35,0 38,8 46,2 49,0 а 2 а сорбенты к моль К,й севдокумо трали 7,7 100,3,8 раморогданови ский извеснякКарбонатно 76,9 гум род 7,4 41 Адсорбат - н-декан, несорбирующееся соединение - н-пентан. Объемы, удерживания н-декана на мраморе: 0,80; 0,42; 0,29; 0,18;0,10 см/г при температурах 70; 85; 95; 108;120 С соответственно. ЬН = 52,7 кДж/ /моль.Температуру термостата повышают со 120 С до температуры кипения н-декана (174 С) и продувают слои мрамора гелием в течение 30 мин. После этого температуру понижают до 100 С и вводят в колонку тетралин.Адсорбат - тетралин, несорбиру ющееся соединение - н-пентан. Объемы удерживания тетралина на мрамо- ре: 0,68; 0,36; О, 18; О, 13 см/г при температурах 100; 118; 135; 143 С соответственно, ЬН = 53,8 кДж/моль. 20Аналогично определяют величины ЬН при адсорбции модельных соединений - псевдокумола, н-декана, тетралина - на испытуемых горных породах - Богдановичский известняк, кар .бонатно-битумной породе (Южно-Коелгинск), включающих СаСОз. Результаты определения величины.,Н приведены в табл.2. Формула и з обретения Способ определения структурных параметров зернистых материалов путем пропускания тестовых веществ в потоке газа при повышенной температуре через слой исследуемого и стандартного образца с последующим расчетом на основе параметров удерживания тестовых веществ структурных пара" метров материалов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения, в качестве тестовых веществ используют параиновые, нафтеновые, нафтено-ароматические и полиароматические углеводороды, пропускаемые в порядке повышения их температур кипения и в смеси с несорбирующимся соединением, а температуру колонки после пропускания одного из тестовых веществ по. - вышают до температуры кипения другого тестового вещества.Таблица 1