Способ определения удельной поверхности дисперсных твердых органических материалов

с1.г"ОП И Е ИЗОБРЕТЕН И Я САН И р 535484 Союз СоветскихСоциалистических Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву М. Кл.з С О 092476/25 Заявлено 06.01,75 (21 с присоединением заявки Ме Государственный комитет Совета Министров СССР но ленам изобретений иорит ень 1 ч"е 4 публиковано 1 3) УДК 539215.2:543.(71) Заявители Я. С. Киселев и Г. ал Всесоюзного науч й промышленности и охозяйственный инсти Сибирский фи молоч сельс(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬН ДИСПЕРСНЫХ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕ ских углеродов (саж), заключающийся в проведении при постоянной темпсратуре реакции взаимодействия газообразного реагента (угле водорода) с исследуемым и эталонным материалами, нахождением относительной объемной скорости этой реакции по привесу при термическом разложении углеводорода 1,Этот способ не пригоден для определенияудельной поверхности нетермостойких органи- О ческих порошков, так как для разложенияуглеводорода-реагента на углерод и водород требуется достаточно высокая температура 900 в 10 С, при которой органические материалы, подлежащие исследованию, сами 5 подвергаются термическому разложению,Диапазон определяемых материалов можносущественно расширить, если в качестве газареагента использовать окислитель, например О воздух. Однако известный способ анализа сприменением газообразных окислителей 2, не пригоден для определения удельной поверхности дисперсных твердых органических материалов. Причина заключается в том, что 5 поверхность твердых материалов, как правило, кинетически неоднородна: участки поверхности характеризуются различными значениями энергии активности реакции окисления.Вследствие кинетической неоднородности по- Э верхности при постоянной температуре в зоне Изобретение относится к области аналитического приборостроения, касающегося определения дисперсности порошкообразных органических материалов, и может быть использовано, например, в системах автоматического контроля и регулирования при производстве технических углеродов (саж).Известно, что удельная поверхность (дисперсность) многих органических порошкообразных материалов является одним из важнейших показателей. Так, например, удельная геометрическая поверхность технических углеродов (саж) определяет их усиливающие свойства в резинах и красящую способность в лаках и красках. Поэтому в процессе производства технических углеродов этот показатель подлежит строгому контролю и регулированию.Известно несколько способов определения удельной поверхности порошков, основанных на оптической и электронной микроскопии, светопоглощении и светорассеивании, диффузии газов, низкотемпературной адсорбции инертных газов и углеводородов, химическом взаимодействии углеводородов с поверхностью углеродных материалов с образованием пироуглерода.Наиболее близким техническим решением к настоящему предложению является способ определения удельной поверхности техничеП, Сапрыгино-исследовательского институтОмский ордена Ленинатут им. С, М, Кирова10 15 20 25 З 0 35 40 45 50 55 60 65 де У в скорость реакции, отнесенная к единице объема (объемная скорость реакции);18 - скорость реакции, отнесенная к единице поверхности;р - масса единицы объема;5, - удельная поверхность материала, отнесенная к единице массы,При постоянных К и р 5,= К У, где К=1коэрициент пропорциональности,У рОбъемную скорость реакции можно замерять различными способами, но наиболее простым, отвечающим цели изобретения, являетсяспособ измерения ее по саморазогреву эталонного и анализируемого материалов при известных условиях теплообмена.При стационарном распределении температур в объеме реагирующего материала справедливо уравнение теплового балансаф=и,С,р реакции скорость реакции на различных участках поверхности не одинакова.Целью изобретения является расширениедиапазона определяемых материалов путем использования в качестве газа-реагента окислителя, например воздуха.Это достигается тем, что по предлагаемомуспособу анализ приводят при температуре компенсации термоокислительной реакции исследуемого материала,При этой температуре скорость реакцииокисления родственных дисперсных твердыхорганических материалов, отнесенная к единице поверхности, является величиной постоянной.На фиг, 1 представлены кривые температурной зависимости скорости окисления углерода; на фиг. 2 в пример выполнения устройства для осуществления предлагаемого способа.Представленные на фиг. 1 кривые являютсякривыми температурной зависимости скоростиокисления в атмосфере воздуха печного технического углерода с удельной геометрическойповерхностью, равной 100 мг в , Анализируемые образцы обладают различной реакционной способностью и шероховатостью, что достигается предварительным прогревом их ватмосфере воздуха при различных температурах. Кривая 1 соответствует скорости окисления исходного технического углерода, а кривые 11 - И того же углерода, но перед анализом прогретого в течение 1 ч при температурах соответственно равных 250, 270, 290, 310и 330 С. Как видно из графика, при температуре компенсации Т, скорость реакции одна ита же для всех образцов, обладающих различной реакционной способностью,Объемная скорость реакции Г описываетсяизвестной формулойК=У, о 5,) где Я - тепловой эффект реакции;Б - объемная скорость реакции;С - удельная теплоемкость;р - плотность;пг - темп охлаждения;к=Т., - То, - разность температур реагирующего материала и окружающего воздуха.Отсюда при постоянных Я; С; р и т объемная скорость Ч 7 реакции и удельная поверхность 5 пропорциональны разогреву- 7 и ТокрСпособ осуществляют, например следующим образом.Технический углерод марки ПМанализируют при помощи устройства лабораторногоизготовления, схематически изображенного нафиг. 2. Технический углерод (сажу) засыпаютв воронку 1, При помощи шнека 2 он поступает в реакционный сосуд 3, изготовленный изметаллической сетки, и шнеком 4 выводитсяиз него. В реакционном сосуде 3 установлентермодатчик (термопара) автоматической системы терморегулирования. В термостатируемой камере 5, за пределами реакционного сосуда, установлены два других термодатчикасистемы терморегулирования (на чертеже непоказаны). Один из них подает сигнал на отключение нагревательного элемента, когдатемпература в термостатируемой камере достигает верхнего предела, а второй включаетнагревательный элемент, если температура втермостате ниже заданного нижнего предела.С помощью этих датчиков обеспечивают грубую регулировку, Термодатчик, установленныйв реакционном сосуде, включается в работу,когда температура в реакционном сосуде устанавливается равной температуре компенсацииТ,+2 С и обеспечивает термостатирование сточностью +0,5 С (в рассматриваемом примере Т,= б 85 К) .Регистрирующим прибором для замераудельной поверхности по разогреву анализируемого материала служит электронный самопишущий потенциометр ЭППс переоборудованной шкалой (один градус соответствует2,45 м 2 г - ). Датчиком служит дифференциальная термопара, один спай которой установлен в реакционном сосуде, а второй - за егопределами в термостатируемой камере.Полученные значения удельной поверхности, исследованных образцов техническогоуглерода, приведены в таблице, где показанысравнительные значения удельной поверхностиисследованных образцов технического углерода. Контрольные измерения проводили кинстическим способом П. А. Теснера и нигрометрическим способом Б. Н. Клочко,В данном примере рассмотрен наиболеесложный прием поддержания температуры взоне реакции, равной температуре компенсации. Если заранее известно, что образцы, подлежащие анализу, по удельной поверхностиотличаются от эталона незначительно, то по535484 Удельнал поверхность,:,Р г Номер образца СпособПредлагаемыми Способ Теснера способ Клочко 103 104 104 1 (эталон) 102 97 103 90 90 93 90 90 83 102 107 92 разогреву эталонного материала определяют требуемую температуру в термостате Т,р= = Т, - к, которую при последующих анализах поддерживают постоянной.Как в первом, так и во втором случае, пробы дисперсных материалов подлежащие анализу, в реакционный сосуд подают непрерывным потоком, Поэтому предлагаемый способ определения удельной поверхности предпочтителен в производственных условиях в системах непрерывного контроля и регулирования.Применительно к лабораторным условиям может быть рекомендован следующий вариант.Исследуемый материал помещают в сетчатый контейнер, В центр контейнера устанавливают термодатчик, например, горячий спай дифференциальной термопары, Контейнер с материалом и термодатчиком помещают в камеру термостата, в которой поддерживают постоянную температуру. Опыты проводят при двух температурах.При одной из них максимальный разогревпредпочтительно должен быть таким, чтобы температура в центре навески была несколько ниже температуры компенсации Та при второй - выше Т,. По максимальным разогревам , и ч 2 в прямоугольной системе координат 5 ЯТ, 1 д строят прямоугольный график, с помощью которого определяют разогревпри температуре в зоне реакции, равной температуре компенсации Т Этот разогревбудет соответствовать искомой удельной поверхно сти 5,.Таким образом, предлагаемым способомможно определять удельную поверхность дисперсных твердых органических материалов как в производственных, так и лабораторных 15 условиях. Формула изобретения 20Способ определения удельной поверхностидисперсных твердых органических материалов, заключающийся в проведении при постоянной температуре реакции взаимодействия газооб разного реагента с исследуемым и эталоннымматериалами, нахождении относительной объемной скорости этой реакции, отличающи й ся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых материалов путем исполь зования в качестве газа-реагепта окислителя,например воздуха, анализ проводят при температуре компенсации термоокислительной реакции исследуемого материала. 35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Теснер П. А. Образование углерода изуглеводорода газовой фазы, изд. ХимияМ. 1972, стр. 90 (прототип),40 2. Авт. свид,88035, М, Кл, 6 01 К 25/22,1949,535484 а л Лб б ставителТехред М Корректор У едактор Тираж 1029комитета Совета Министретений и открытий35, Раушская наб д. 4/5 Типография, пр. Сапуно каз 134/2ЦНИИ Изд.1831 И Государственного по делам изо 113035, Москва, Ж, Екаев Семенов Подписноеов СССР