Способ определения ароматичности углеграфитовых материалов

 

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и1998944

Союз Советских

Социалистических . Республик

° Ъ вЂ”. ф; г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 130381 (21) 3278126/23-26 с присоединением заявки ¹

51 М Nn з

G 01 N 31/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретемий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.028а Бюллетень ¹ 7 (33) УДК 543.062 (088. 8) Дата опубликования описания 23.02.83

Я

-"а ". с 5, 1, fp p )

) ф. М1,"; $ äùêä., (72)-Авторы изобретения

Л.И. Мариич, С.N. Жаботинская ен,- о> .. (:> о j,:. p;,. t: .1

Украинский ордена Знак Почета научно-исследовател углехимический институт "Ухин" (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРОМАТИЧНОСТИ УГЛЕГРАФИТОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ. Изобретение относится к способам определения степени ароматичности углеграфитовых материалов, например продуктов деструкции углей, каменноугольной смолы, и может найти применение в коксохимической и других отраслях промышленности при изучении структуры веществ.

Известен рентгеноструктурный анализ, применяемый для изучения углеграфитовых материалов по характерным линиям рентгенограмм для графита (1).

Однако в силу полного или частичного перекрывания этих линий этот метод не позволяет судить о степени ароматичности углеграфитовых материалов, т ° е. не позволяет количественно определить этот показатель. Кроме того, рентгеноструктурный анализ требует большой затраты времени и соблюдений специальных требований по технике безопасности.

Цель изобретения — количественная оценка степени ароматичности углеграфитовых материалов, уменьшение рудоемкости определения.

Поставленная цель достигается тем, что через испытуемый материал пропускают пары двух соединений — бензола и тиофена или нафталина и тионафтена в потоке газа-носителя.

Указанное отличие позволяет опре5 делить степень ароматичности с помощью веществ-тестеров, выбранных таким образом, что молекулярное строение одного из них, например бензола или нафталина, геометрически подобно элементарному ароматическому звену базисной плоскости графита, а второе — тиофен или тионафтен элюирует раньше первого только на ароматическй конденсированном углероде исследуемого мате нала.

Выбранные пары компонентов по разному ведут себя на адсорбенте в зависимости от наличия или отсутствия ароматически конденсированного угле2О рода в образце.

Так, при использовании в качестве . тестеров пары бенэол-тиофен, бензол, на графите и графитированной саже, т. е. на материалах, характеризующихся полной ароматичностью, удерживался в большей степени, чем тиофен. На материалах, характеризующихся меньшей ароматичностью, например на пековом коксе, степень удерживания бензола уменьшалась. На материалах, не содержащих ароматически конденсир. ванного

998944

Величина удельного удерживаемого 45 объема для бенэола равна

2 Vv

9 д Ос925-0 175, ° Oc825 53 9 2 59 50

9,85 для тиофена (. -М z vi . V . 0 840-0<175) 0 825. 53<9 = 2 2

9,85

Для расчета теплоты адсорбации определяют удельные удерживаемые объемы при, С:

60 80

100 120

0,61 0,39 0,20 0 175

0,51 0,50 0,20 О,!7> 65

Бензол

Тиофен углерода, например на антраците, в большей степени удерживался тиофен, а не бензол.

Сущность способа. состоит в том, что исследуемый углеграфитовый материал засыпают в хроматографическую колонку, которую помещают в термостат хроматографа, нагретый до 40-120 С.

В поток газа-носителя последовательно вводят пары бензола-тиофена или нафталина-тионафтена. По полученной хроматограмме определяют параметры хроматографического опыта и рассчиты;вают теплоту адсорбции. Отношение теплот адсорбции выражают через коэф-. фициент ароматичности К, который ха- 15 рактеризует степень ароматичности и не зависит от условий проведения опыта.

Пример . Для определения степени ароматичности термоантрацита, 20 обработанного при 2000 С, используют хроматограф Цвет с детектором типа катарометр. Термоантрацитом, измельченным до фракции 0,20-0,15 мм, заполняют хроматографическую колонку 25 длиной 1 м и диаметром 3 мм, которую помещают в термостат хроматографа с температурой 40 С. Затем в поток га8 за-носителя гелия при скорости

60 мл/мин вводят последовательно адсорбируемые компоненты бензол.и тиофен в количестве 0,02 мкл.

Хроматографический опыт проводят в следующих условиях: время удерживания несорбирующегося газа 0,175 мин, время удерживания бенэола 0,925 мин, время удерживания тиофена 0,840 мин, вес исследуемого адсорбента g 9,85 r, поправка на сжимаемость газа при прохождении-через колонку J 0,825, атмосферное давление P 739,7 мм рт.ст., 40 давление на входе в колонку Р

1033,7 мм рт ст., объемная скорость газа-носителя Чч 53,9 см /мин. э

Строят зависимость 1д-- от ---и

Vî 1

T T по тангенсу угла наклона прямой определили теплоту адсорбции каждого компонента.

Теплоту адсорбции рассчитывают по формуле и

T

9 = ----Т 4,57 ккал/моль, Яр, н>= 9,1 ккал/моль, 64вефенп

8,9 ккал/моль.

По .отношению теплот адсорбции определяют коэффициент ароматичности для термоантрацита, обработанного при

2000 С.

К =-л- = -c-- = 1 02

os 9 1 йт 8 9

В табл. 1 йриведены экспериментальные данные по определению ароматичности углеграфитовых материалов.

Как видно из данных табл, 1, наибольший коэффициент ароматичности име. т графит и графитированная сажа, наименьший — антрацит обезэоленный и кокс, полученный при 900 С, что подо тверждается самой природой исследуемых материалов.

В табл. 2 приведены отношения теплот адсорбции различных пар соединений для графита и графитированной сап жи, Из данных табл. 2 следует, что топько применение пар бенэол-тиофен или нафталин-тионафтен позволяет определить коэффициент ароматичности, выраженный через отношение теплот адсорбции и имеющий постоянную величину для графита и графитированной сажи, принятых за эталон в ряду углеграфитовых материалов.

Использование других пар соединений, например бенэол-циклогексан, бензол-октан, бенэол-м-ксилол не позволяет по отношению теплот адсорбции судить о степени ароматичности углеграфитовых материалов, так как коэффициент ароматичности в этом случае теряет физический смысл.

В табл. 3 представлены сопоставительные данные известного и предложенного способов.

Из сопоставительного анализа сле,дует, что хроматографический метод позволяет определить ароматичность углеграфитовых материалов любой структуры в отличие от рентгеноструктурного, который применим только для веществ, содержащих углерод упорядоченной структуры. Кроме того, метод не требует больших затрат времени, соблюдения специальных, условий по технике безопасности °

Таким образом, данный способ является количественным методом определе° ния ароматичности углеграфитовых материалов, дающий возможность оценить

998944 степень ароматичности веществ без предварительной термообработки перед

ОпытОм.

Способ применим для исследования структуры продуктов деструкции углей, каменноугольной смолы и других веществ.

Т а б л и ц а

Теплота адсорбции

Коэффициент арома- тичности нафтанннатионафтена

Компоненты бензол тиофен

4,5

4,3

1,10

1,10

Графит

Графитированная сажа

10,3

11,4

1,10

1 08

1,10

6,7

7,3

1,08

Пековый кокс

Кокс высокотемпературный

9,8

0,97

7,8

0,98

2,4

0 95

0,80

2,3

0,9б

0,81

13,0

1110

Таблица 2

Коэффициент ароматичностю

Компоненты

Нафталинтионафтен

Бензолциклогексан

Бензолтиофен

Бензолм-ксилол

Бензолоктан

0,80

0,97

Графит

0,29

Графитирован ная сажа г

0, 82

0,8б

0,99

Т а б л и ц а 3

С и о с о б

Показатели

Предложенный

Известный

Любые структуры

Упорядоченные структуры

Продолжительность определения

7 ч

28 ч

Требует специальных методов предосторожности

Не требует

Условия техники безопасности

Антрацит обеззоленный

Кокс 900 С

Возможность определения ароматичности углеграфитовых материалов

Испол»эона кие гго на практике псзвот ит управлять технологическими процессами, например проце :сом коксования пека, а также кончролироа< r» качество углеграфитоэых м.-терналов при нх получении.

Коэффициент ароматичности бензолатиофена

998944

Формула изобретения

Составитель Л. Светличная

Техред Л.Бабинец Корректор F.. Р:. t!tt.r

Редактор С. Па грушева

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1146, 67

Фнпиа« llittt Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Способ определения ароматичности углеграфитовых материалов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью количественной оценки степени ароматичности и уменьшения трудоемкости .определения, через исследуемый материал в потоке газа-носителя пропускают пары двух соединений — бензола и тиофена или нафталина и тионафтена.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1, Структурная химия углерода и углей. Сборник. М., Наука, 1969, с. 35-45.