Способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов

 

О П И C А Н И Е.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республин(и>74781 5 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 200378 (21) 2608307/23-26 с присоединением заявки Мо.. —. (51)м. кл. Г

С 01 В 31/1ф-:.G N 33/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и откр ыти и (23) Приоритет

Опубликовано 15,0 780. Бюллетень Мо 26 (53) УДК 6 6 1. 1 8 3 (088. 8) Дата опубликования описания 150780 (72) Авторы изобретения а.

В.И.Елчина, И.A. ßâoðcêèé и В.Е.Матвеев Институт физико-химических основ переработки минерального сырья Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

АКТИВАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ MATEPHAJIOB

Изобретение относится к получению сорбентов, в частности к способам определения оптимальной температуры активации при получении углеродных сорбентов. 5

Известен способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов, включающий нагрев образца углеродного материала (углеродной ленты) при подаче газообразного кислородсодержащегб активирующего агента пара или СО в переменном температурном поле, температурный градиент которого изменяется линейно по длине. После активации ленту разре- 15 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 тоro, этот спо- i 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 " - 5 ° 10 < r/ã с принимают эа оптимальную температуру активации.

Известно, что объем пор (сорбционная емкость) углеродного материала, получаемый активацией при одинаковой степени обгара, тем выше, чем меньше температура активации ° Исследованиями установлено, что существует предельная температура, ниже которой указанное явлемие 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 — 5 ° 10 "г/г-с независимо от активирующего газа (пар, 747815

5 !

О

25 бО

65 где Н вЂ” нанеска, :СО, воздух). Снижение скорости обга ра менее 1 10 г/г с не дает увеличение объема указанных пор и черезмерно удлиняет процесс активации. При повыщении скорости обгара более 5 ° 10 4r/г с (т.е. активация при более высоких температурах) объем пор развивается недостаточно полно или не развивается, а потому при таких условиях нельзя получить сорбент.

Для определения используется кокс из бурых углей, который получают путем термического воздействия на бурый уголь Назаровского месторождения

Канско-Ачинского бассейна Сибири ,беэ доступа воздуха до температуры

900оС. Кокс имеет следующий технический анализ, вес.В: летучие 6, эола 16, вЛажность 3. Размер зерен буроугольного кокса составляет 0,10,2 мм нанеска, использованная в опытах равна 0,5 г.

Полукокс иэ длиннопламенного угля, который получают путем термического воздействия на. длиннопламенный уголь

Кузбасса 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 (IIAH) при нагреве до 900 С в инертной среде. Размер (диаметр) элементарного волокна 57 мкм, летучие ОЪ, влажность 0,8Ъ, навеска, использованная в опытах

0,5-1 г.

Для проведения опытов используется электрическую печь разъемного типа мощностью 1,5 кВт с регулятором подъема .температуры (SIATP-9), хромель-алюмелевую или платина-платинородиевую термопару, гальванометр с ценой деления 1 градус и термонесы (переоборудованные весы АДВ-200) .

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 — 340оС, которой соответствует скорость потери в весе

1 ° 10 4 r/ã с, окисление навески при заданной температуре проводят н течение 15-20 мин, за это время определение скорости потери в весе (C) производят не менее трех раз путем деления убыли s весе (У) на время (B), в течение которого происходила убыль, т.е.

 — длительность определения оптимальной температуры активации по предлагаемому спосо6у колеблющаяся в пределах

2-3 ч.

В качестве окислительных сред используют воздух, водяной пар и углекислый га» с расходом 0,180,36 м /г.

Пример 1. Для определения оптимальной температуры активации кокса из бурого угля Назаровского месторождения,полученного коксованием до температуры 900оС, кокс измельчают до размера зерен 0,1-0,2 мм, берут четыре навески величиной по

0,5 r и.поочередно окисляют при следующих температурах, Ñ 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 345оС, 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 раза через 5 и 10 мин и производят расчет скорости потери в весе (скорости обгара) . В таблице приведены результаты при разных температурах,0C:

300, 345, 385 и величине, скорости потери н весе, r/r ° с: 3,6 х10, 3,65х10, 4,2х10, 1,2х10, 1,2х10 4

1, 4х10, 2,5х10, 2,55х10 ", 2,35х10-4

На фиг. 1 приведен график зависимости скорости обгара потери н ве- . се от температуры.

Как видно из графика, температуре

340 С отвечает скорость потери н весе 1 10 " r/r с. Опытная проверка этой температуры на скорость окисле- . ния подтверждает достоверность оптимальной температуры активации.

Пример 2. Графически определено, что скорость обгара 5 .10 г/гас соответствует температуре 390 C no примеру 1, но активацию (окисление) ведут при 250о 280о и 450оC

Пример 3, 0 5 r углеродного волокна, полученного иэ полиакрилонитрильного волокна (HAH) при 900 С.

По методике, описанной н примере 1, проведено определение скоростей обгара на ноэдухе при 350, 400 450 и и 500 С. Графически найдено, что скорость обгара 5 10 "г/r с отнечает температуре 460 С. Экспериментальное определение подтверждает эту величину обгара при 460 С.

Пример 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 /r, 3 747815

Замер скоростей обгара проводят при

700, 800, 850 и 1050 С :, "рафичес-. ки найдена оптимальная температура активации 950 С, которая соответствует скорости сбгара 5 10 r/ã с.

Экспериментальная проверка подтверждает правильность определения оптимальной температуры активации.

Пример 5. Углеродное волокно, как в примере 3 и по той же методике, активируют водяным паром, .причем расход пара состанляет

0,36 м /г. Замер скорости обгара (потери в весе) проводят при 700 С, 800 С, 850 С и 1050 С. Сначала графически, а затем экспериментально установлено, что скорость обгара

5 с10""r/г с соответствует температуре

900о С

Способ

Предлагаемый .Известный кол-во, длительшт ность мин кол-во длительшт ность, мин г 3 1=3

5 3 5=15

Взятие навески

1 10 1=10

5 10х5=50

5 5>20=100

1 30 «1=30

1 30м10=300

Нет Нет

Во время разогрева печи и активации

Нет

Нет

10 От 2-х дней до

2-х недель

Нет Нет

От 2-х дней до

2-х недель

165

Всего:

Как видно иэ таблицы, по подготовительным операциям и нремени на активирование известный способ обладает 55 преимуществом по длительности, однако необходимость дальнейших опреде-. лений сорбционной активности {чтобы определить оптимальную температуру активации) делает era очень длитель- 60 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 активиронанной ленты

Расчет скорости потери в весе и построение графика зависимости скорости от температуры

Определение сорбционной актинности

Пример 6. Определяют оптимальную температуру активации полукокса, полученного из каменного угля марки "длиннопламенный" (Д) при нагревании его без доступа воздуха до

670 С. Размер зерен полукокса навески составляет 0,6-1 мм. Берут навеску величиной н 1 г. Скрость обгара определяют при 340 С, 370 С и 4059С.

Графически определяют оптимальную температуру активации 400ОC (которой соответствует скорость 1 10" г/r с) .

Экспериментальная проверка подтверждает эту температуру.

В таблице приведены данные по затрате нремени 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 C и точности замера времени

1 с и среднеквадратичная ошибка определения составляет в зависимости от температуры (275-1000 С) от 2 до

5 градусов.

Таким образом предлагаемый способ значительно упрощает определение оптимальной температуры активации, так как он основан только на одном па747815" 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 íà его практическое внедрение.

Формула изобретения

С rjj-.aa

/0 /О

/ 0 ,2ОО

gpg go

500 540

Составитель Т.Ильинская

Техред М. Кузьма Корректор M,Ïoæî

Редактор Ю.Петрушко

Заказ 4314/6 Тираж 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4

Способ определения оптимальной температуры активации углеродных материалов, включающий нагрев образ- цов углеродного материала при подаче газообразного кислородсодержащего активирующего агента, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью сокращения времени определения и упрощения процесса, образцы нагревают при различных температурах и температуру, соответствующую скорости обгара

1i10 1 — 5 ° 10 4 г/г с, принимают за оптимальную температуру активации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9303286, кл. С 01 В, 31/10, 25.12.69 (прототип).