Способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублин. -оц 747815(51)М. Кл. Г, С 01 В 31/1 ф.-:. С 01 й 33/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и откр ыти йДата опубликования описания 150780(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ АКТИВАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ1Изобретение относится к получению сорбентов,фв частности к способам определения оптимальной температуры активации при получении углеродных сорбентов. 5Известен способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов, включающий нагрев образца углеродного материала (угле- родной ленты) при подачегазообраз ного кислородсодержащегб активирующего агента пара или СО в переменном температурном поле, температурный градиент которого изменяется линейно по длине, После активации ленту разре зают по длине и определяют сорбционную активность отрезков. Отрезок обладающий максимальной адсорбционной активностью, соответствует определенной температуре, которую принимают 20 эа оптимальную температуру активации 1 .Недостатком известного способа является сложность длительность и ограничение в,применении. Сложность 25 способа состоит в том, что он не исключает определение трудоемкими методами сорбционной активности отрезков ленты, что требует большой затраты времени. Кроме того, этот спо-30 соб может быть использован только применительно к углеродным тканям.Целью изобретения является сокращение времени определения и упрощение процесса.Укаэанная цель достигается тем, что образцы углеродного материала нагревают при различных температурах при подаче газообразного кислородсодержащего.активирующего агента и температуру соответствующую скорости обгара образца 1 10 " - 510г/г с принимают эа оптимальную температуру активации. Известно, чтообъем пор (сорбционная емкость) углеродного материала, получаемый активацией при одинаковой степени обгара, тем выше, чем меньше температура активацииИсследованиями установлено, что существует предельная температура, ниже которой указанное явление не наблюдается, объем пор остаегся постоянным и определяется только степенью обгара. Эта температура является оптимальной для процесса активации. Установлено, что оптимальной температуре,соответствует скорость обгара 1 10 л - 510"г/г с независимо от активирующего газа (пар,Институт физико-химических основ переработки минерального сырья Сибирского отделения АН СССР,С= -МЬН где Н - нанеска,;СО, воздух). Снижение скорости обгара менее 1 10 г/г с не дает увеличениеобъема указанных пор и чрезмерноудлиняет процесс активации. При повыщении скорости обгара более 510 4 г/г с(т.е. активация при более высокихтемпературах) объем пор развиваетсянедостаточно полно или не развивается,а потому при таких условиях нельзяполучить сорбент.Для определения используется коксиз бурых углей, который получают путем термического воздействия на бурыйуголь Назаровского месторожденияКанско-Ачинского бассейна Сибири,беэ доступа воздуха до температуры900 вС. Кокс имеет следующий технический анализ, вес.В: летучие 6,эола 16, вЛажность 3. Размер зеренбуроугольного кокса составляет 0,10,2 мм нанеска, использованная в опытах равна 0,5 г.Полукокс иэ длиннопламенного угля,который получают путем термическоговоздействия на длиннопламенный угольКузбасса без доступа воздуха до температуры 670 С, Его технический анализ следующий, вес.Ъ: летучие 7,эола 10, влажность 1,5. Размер зерен 0,6-1 мм, навеска 1 г,Углеродное волокно, которое получают карбонизацией полиакрилонитрильного волокна (ПАН) при нагреведо 900 фС в инертной среде. Размер(диаметр) элементарного волокна 57 мкм, летучие 0, влажность О,8,навеска, использованная в опытах0,5-1 г.Для проведения опытов используется электрическую печь разъемноготипа мощностью 1,5 кВт с регуляторомподъема температуры (ЛАТР), хромель-алюмелевую или платина-платинородиевую термопару, гальванометрс ценой деления 1 градус и термонесы (переоборудованные весы АДВ) . Оптимальная температура активации определяется при следующих условиях: окислению подвергают отдельные навески величиной н 0,5-1 г, окислению каждой навески соответствует своя постоянная температура, например для кокса из бурого угля берутся следующие температуры: 300, 345, 385 и окончательная - 340 С, которой соответствует скорость потери в весе 110 4 г/г 1 с, окисление навески при заданной температуре проводят н течение 15-20 мин, за это время определение скорости потери в весе С) производят не менее трех раз путем деления убыли в весе (У) навремя (В), в течение которого происходила убыль, т.е. ЗО 35 40 45 50 55 В - длительность определения оптимальной температуры активации по предлагаемому способу колеблющаяся в пределах2-3 ч.В качестве окислительных сред используют воздух, водяной пар и углекислый га с расходом 0,18- 0,36 м/г.П р и м е р 1. Для определения оптимальной температуры активации кокса из бурого угля Назаровского месторождения,полученного коксованием до температуры 900 С, кокс измельчают до размера зерен 0,1-0,2 мм, берут четыре навески величиной по 0,5 г и.поочередно окисляют при следующих температурах,С 300, 345 и 385. Для пронедения эксперимента берут термовесы, электрическую разьемную печь мощностью 1,5 кВт, снабженную регулятором подъема температуры - латром и хромель-алюмелевой термопарой с гальнанометром. В нагретую до заданной температуры печь, например до 300 С (далее до 345 С, 385 С) помещают контейнер с нанеской и н среде воздуха проводят активацию в течение 20 мин. Во время активации ведут запись потери в весе три разачерез 5 и 10 мин и производят расчетскорости потери в весе (скоростиобгара) . В таблице приведены результаты при разных температурах,С:300, 345, 385 и величине, скоростипотери н весе, г/гас: 3,6 х 10 ,3,65 х 10 , 4,2 х 10 , 1,2 х 10 ", 1,2 х 10 4,1,4 х 10 , 2,5 х 10 , 2,55 х 10 ", 2,35 х 10 4.На фиг. 1 приведен график зависимости скорости обгара потери н ве- .се от температуры,Как видно из графика, температуре340 С отвечает скорость потери нвесе 1 ф 10 " г/г с, Опытная проверкаэтой температуры на скорость окисле- .ния подтверждает достоверность оптимальной температуры активации.П р и м е р 2. Графически определено, что скорость обгара 5 10 г/г ссоответствует температуре 390 фС попримеру 1, но активацию (окисление)ведут при 2500 2800 и 450 оС.П р и м е р 3, 0,5 г углеродноговолокна, полученного иэ полиакрилонитрильного волокна (ПАН) при 900 фС.По методике, описанной н примере 1,проведено определение скоростей обгара на ноэдухе при 350, 400 ц 450 ии 500 фС. Графически найдено, чтоскорость обгара 5 10 "г/г с отнечаеттемпературе 460 С. Экспериментальноеопределение подтверждает эту величину обгара при 460 С. П р и м е р 4. По методике, описанной н примере 3,проведено определение оптимальной температуры активации углеродного волокна в атмосфере углекислого газа, причем расход углекислого газа составляет 0,36 м /г,747815 Замер скоростей обгара проводят при 700 ф, 800 , 850 и 1050 ОС :,Драфичес-. ки найдена оптимальная температура активации 950 фС, которая соответствует скорости сбгара 510 г/г с. Экспериментальная проверка подтверждает правильность определения оптимальной температуры активации.П р и м е р 5. Углеродное волокно, как в примере 3 и по той же методике, активируют водяным паром, .причем расход пара составляет 0,36 мф/г. Замер скорости обгара (,потери в весе) проводят при 700 С, 800 фС, 850 С и 1050 С. Сначала графически, а затем экспериментально установлено, что скорость обгара 5 с 10"4 г/г с соответствует температуре 900 С Способ Предлагаемый .Известный кол-во, длительшт ностьмин кол-во длительшт ностьмин г 3 а=3 5 35-15 Взятие навески 1 101=10 5 105=50 5 5 20 1001 301=30 1 30 10=300 Нет Нет Во времяразогрева печии активации Нет Нет 10 От 2-хдней до2-х недель Нет Нет От 2-хдней до2-х недель 165 Всего:аКак видно иэ таблицы, по подготовительным операциям и времени на активирование известный способ обладает 55 преимуществом по длительности, однако необходимость дальнейших опреде-.лений сорбционной активности (чтобы определить оптимальную температуру активации) делает его очень длитель ным (по крайней мере 2 дня), например путем определения содержания в образцах гигроскопической влаги по ГОСТ 8719-58 или по адсорбционной методике, 65 Наименование операций Разогрев печи до заданной температуры Активация (окисление) Обработка активированнойленты Расчет скорости потерив весе и построение графика зависимости скорости от температуры Определение сорбционнойактивности П р и м е р 6. Определяют оптимальную температуру активации полу- кокса, полученного из каменного угля марки "длиннопламенный" Д) при нагре. вании его без доступа воздуха до 670 фС. Размер зерен полукокса навески составляет 0,6-1 мм. Берут навеску величиной в 1 г. Скрость обгара определяют при 340 С, 370 С и 405 вС. Графически определяют оптимальную температуру активации 400 ОС которой соответствует скорость 110" г/г с). Экспериментальная проверка подтверждает эту температуру.В таблице приведены данные по затрате времени на определение оптималь ной температуры активации по предлагаемому и известному способам. Точность определения оптимальной температуры складывается иэ точности взвешивания, которая составляет 0,5 мг, из точности замера температуры - 1 фС и точности замера времени 1 с и среднеквадратичная ошибка определения составляет в зависимости от температуры (275-1000 фС) от 2 до 5 градусов.Таким образом предлагаемый способ значительно упрощает определение оптимальной температуры активации, так как он основан только на одном па747815" ИЮ О 540 ель Т.Ил Кузьма Соста Техре нскаяКорректор М.П Редактор Ю.Петруш каэ 431 роектная, 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород раметре, независимо от вида углерородного материала и активирующего агента и исключает трудоемкие сорбционные измерения при выборе оптимальной температуры.Предлагаемое изобретение может быть использовано на предприятиях, занимающихся изучением и производством углеродных сорбентов. При этом не требуется затрат на его практическое внедрение. Формула изобретения Способ определения оптимальнойтемпературы активации углеродных 4/6 Тираж ЦНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Раматериалов, включающий нагрев образ-цов углеродного материала при подачегазообразного кислородсодержащегоактивирующего агента, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени определения и упрощенияпроцесса, образцы нагревают приразличных температурах и температуру,соответствующую скорости обгара1110- 510 4 г/г с, принимают заоптимальную температуру активации.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9303286, кл, С 01 В, 31/10, 25.12.69(прототип). 565 Подписго комитета СССРи открытийская наб., д. 4/5