книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

большой длине.слоя,работающего по парам воды,сущест­ венное увеличение концентрации паров ацетона и соответ­ ствующее увеличение длины работающего слоя по ацетону и скоростей продвижения концентрационных фронтов приведет к увеличению доли его поглощения в участках слоя незапол­ ненных или заполняемых парами воды,что и вызовет уменьше­ ние степени влияния паров воды на его адсорбцию.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о существенном влиянии характера развития по слою адсорбции паров воды и паров органических примесей на их проскок,и поэтому так называемые гидрофобные свойства углей связа­ ны как с пористой структурой, так и со свойствами адсорба­ тов и условиями сорбции.

Проведенные исследования показали также,что полуэмпиричесние зависимости динамики адсорбции могут быть мало­ константны и в границах физически обоснованных допущений отражать суть развития по длине слоя и во времени процес­ са адсорбции микропримесей и паров воды.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Семенов В.П. Дис. ...канд.хим .наук.-Л .: ЛТИ,1969. 2. Дворецкий Г.В. Дис. ..*канд.хим.наук.-Л.:ЛТИ,1971,

117с.

3. Дубинин М.М., Николаев К.М., Поляков Н.С., Пирож­

ков Г.Л. - Изв.АН СССР. Сер.хим.,1980,№7,0.1487-1491.

4 . Лоскутов А.И., Битюгов А.Ю., Падфитов В.Ф. - Хурн. физ.хим.,1978,№11,с . 2605-2608.-

5. Дубинин М.М., Николаев К.М., Поляков Н.С., Петро­ ва Л.И. - Изв.АН СССР. Сер.хим.,1969,с .1882.

6.Дубинин М.М., Бодрикова В.А., Николаев К.М», Поля­ ков Н.С. - Изв.АН СССР. Сер.хим.,1969, с.2618.

7.Жуховицкий А.А., Забелинский Я Л ., Ваничкина А.С.-

Журн.физ.хим., 1941,№ 15,с.174.

8. Weibull W.- A.statistical distribution function of

wide applicability, J.Appl.Hechanies, 30951 )»v.18,p.293“

297.

171

УДК 661.183.2:541.183

В.В.Стрелко, Т.Г.Плаченов, Н.Т.Картель, Г.А.Мусакин, Ю.Ф.Коровин, С. Л.Медведев

ОСОБЕННОСТИ ПОРИСГГОЙ СТРУКТУРЫ А30ТС0ДЕР1АЩХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ГРАНУЛЯЩИ.ПОЛУЧЕННЫХ

ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ

Интенсивное развитие ряда новых областей науки и про­ мышленной практики ставит повышенные требования к качест­ ву углеродных адсорбентов, в частности, выдвигает задачу создания их новых разновидностей с улучшенными,зачастую, с заранее заданными свойствами.

Успехи в области синтеза новых углеродных сорбентов связаны,как правило,либо с подбором оптимальных техноло­ гических режимов процессов карбонизации и активирования, либо с использованием новых видов исходного углеродсодерг кащего сырья.

Впоследнее время обнаруживается повышенный интерес

кполучению активных углей из синтетических смол различ­ ной природы* /1 - 4 / . И хотя в указанных работах имеются отрывочные сведения о возможности получения из синтетиче­ ских смол и сополимеров углеродных адсорбентов с улучшен­ ными свойствами,однако систематическое исследование уг­

лей этого типа только начинается / 5 / .

лХорошо известно,что для получения особо чистых углей, необходимых для решения научных задач уже давно исполь­ зуются фенолальдегидные смолы, являющиеся,по-видимому, одним из первых типов синтетического сырья для приготов­

ления углеродных адсорбентов.

172

В настоящем сообщении представлены результаты изучения структурно-сорбционных свойств новых азотсодержащих актив­ ных углей сферической грануляции (углей СКН**) ♦разработ­ ка и промышленное производство которых было осуществлено в последние годы / 5 / .

Экспериментальная часть

В работе были изучены образцы промышленных (CKHR, СНН-Ш, СКН-2М, CKH-IK) и лабораторных (CKH-I50.CKH-200) активированных углей с узким гранулометрическим составом (диаметр сфер 0,5+1,0 мм) и ^различной степенью обгара от 0 (уголь-сырец) до 90 % (см .табл.1).

Распределение объемов макро- и мезопор по радиусам определяли методом ртутной порометрии на установке ПА-5, созданной в ЛШ им.Ленсовета и позволяющей создавать дав­

с ГОСТ 16190-70. Данные о микро- и мезоструктуре углей были получены из изотерм адсорбции паров бензола и воды при температуре 293°К, снятых на термостатированной вакуумной адсорбционной установке с кварцевыми пружинны­ ми весами. Распределение объема мезопорпо радиусам и величину их удельной поверхности ( Sp» ) рассчитыва­ ли из десорбционных ветвей изотерм.

Для оценки микропористой структуры углей СКН использо­ ван также метод,основанный на изотермах адсорбции органи­ ческих веществ (п-хлоранилин, 2,4-дибромфенол) из вод­ ных растворов /6 / .

**СКН - означает сферический карбонит (от латинских

"карбон” - углерод, "нитроген1* - азот, т .е . уголь азотсодержащий).

173

-о

\л

Результаты и их обсуждение

На рис Л представлены данные о распределении макро- и мезопор, полученные методом ртутной порометрии. Как сле­ дует из представленных интегральных ( а ) и дифференци­ альных (б) кривых распределения объема пор по радиусам, в углях СКН практически полностью отсутствуют макропоры, а преимущественный размер мезопор приходится на 45-50 нм. Лишь образец СКН-200, соответствующий степени обгара

90 %, имеет ма!фопоры, объем которых достигает 25 % от об­ щего объема пор.

Изотермы адсорбции паров бензола и воды на углях СКН, снятые при температуре 293°К, представлены на р и с .2.

Рис.1. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые распределения объемов макро- и мезопор по эквивалент­ ным радиусам, полученные методом ртутной порометрии, для активных углей СКН.

Анализ изотерм адсорбции паров бензола показывает,что их характер в значительной мере определяется степенью активирования (обгара). Так, изотермы, соответствующие образцам углей СКН-ЕЛ и СКН-2М, указывают на сравнительно

176

"\fyCiS3/r

Рис. 3 .Интегральные тоивые распреде­ ления объема мезопор по эквивалентным

радиусам для угля CKH-I50 полученные методом ртутной порометрии (Г) и рас­ считанные из десорбционных ветвей изотерм адсорбции паров бензола (2)

иводыХЗ)'

иадсорбции паров бензола и воды. Это несоответствие мо­ жет быть объяснено особой формой макропор, доступ к кото­

рым возможен через более узкие мезопоры. Тогда весь объем таких "скрытых" макропор будет классифицирован ме­

178

ЛНс

*->ме“ удельная поверхность мезопор; 'If* - мольный объем бензола

где (f'- поверхностное натяжение адсорбционной пленки бен­ зола; величины адсорбции бензола при относительных дав­

лениях соответственно 0,17. и I ;

А - дифференциальная мольная работа адсорбции.

Рассчитанные значения, представленные в табл Л , свиде­ тельствуют о прогрессирующем увеличении объема микромезо- и макропор с увеличением степени обгара, причем об­ гар 70 % соответствует примерно равным их объемам. По изотермам адсорбции паров и бензола и воды были вычислены также структурные константы Wo и В , входящие в основ­ ное уравнение теории объемного заполнения микропор, а так­ же определен эффективный радиус микропор ( ) в предположении сохранения вида уравнения Кельвина при отно­ сительных давлениях паров воды менее 0,55. Полученные ве­ личины, представленные в табл.2, свидетельствуют об увели­ чении размеров микропор при активировании. Более того,при обгаре более 60 %наблюдается качественная перестройка микроструктуры: узкое распределение микропор сменяется бидисперсной структурой (наличием супермикропор). Для де­ тального выяснения особенностей распределения микро и супермикропор был применен метод, основанный на изучении изотерм адсорбции органических веществ из водных растворов в сравнении с изотермами адсорбции этих веществ на саже.

В соответствии с развиваемыми в работе /б / представлениями молекулы малорастворимых органических веществ заполняют истинные микропоры или ультрамикропоры и часть узких супермикропор по объемному механизму, т .к . адсорбционный потенциал в них велик и резко отличается от адсорбционно­ го потенциала в мезопорах. Другая часть супермикропор (более широких) и мезопоры адсорбируют малорастворимые органические вещества с образованием монослоя. Тогда удельный объем пор, заполняющихся при адсорбции по обьем-