ОКИСЛЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предложено рассматривать процесс окислительной активации углеродных материалов с позиций топохимических реакций, предполагающих хемосорбцию активирующего агента (окислителя) на активных центрах поверхности материала и последующий акт химического взаимодействия. Подобный подход дает возможность управлять процессом создания углеродного материала с заданными характеристиками пористого пространства. Высказано предположение, что активными центрами хемосорбции окислителя является аморфный углерод, локализующийся на границах кристаллитов материала. Изменение протяженности этих границ приведет к изменению скорости процесса. Показано, что количество таких активных центров на поверхности углеродного материала, зависящее от размеров кристаллитов, будет оказывать существенное влияние не только на скорость активации, но и на возможность протекания процесса по поверхности или с порообразованием. Рассмотрены математические модели, описывающие изменение удельной поверхности углеродного образца в процессе окисления и позволяющие количественно оценить долю углерода, окисляющегося на поверхности образца, с образованием пор, а также количество пор. Соотношение процессов порообразования и окисления по поверхности зависит от температуры, природы и расхода окислителя: с увеличением расхода окислителя и повышением температуры доля порообразования снижается. Экспериментально установлено, что для получения материала с более развитым пористым пространством и высокой удельной поверхностью в качестве окисляющего агента предпочтительнее использовать диоксид углерода.

сорбент, удельная поверхность, активация, окислитель, порообразование, обгар, кристаллиты, математическая модель

1. Henschke B., Schubert H., Blocker J., Atamny F., Schlogi R. Mechanistic aspects of the reaction between carbon and oxygen // Thermochim. Acta. 1994. V. 234. Р. 53-83.

2. Сергеев В.М. Химическое взаимодействие углеродных материалов с кислородсодержащими газами // Химия твердого топлива. 1999. № 6. С. 66-71.

3. Balykin V.P. Zum einfluss der mischbedingungen auf die bildung der bindemittelschicht in kohlenstoffpechkompositionen / Freiberger forschungshefte: Vorträge zum Bergund Hüttenmännischen Tag 1990 in Freiberg. Leipzig, 1992. S. 118-129.

4. Herawan S.G., Ahmad M.A., Putra A., Yusof A.A. Effect of CO2 flow rate on the Pinang frondbased activated carbon for methylene blue removal // The Scientific World Journal. Volume 2013. Article ID 545948, 6 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2013/545948.

5. Ефремова О.А. Каталитические закономерности процессов газофазного окисления искусственных углеродных материалов: дис. … канд. хим. наук. Челябинск, 2006. 145 с.

6. Бакланова О.Н., Княжева О.А., Дроздов В.А., Гуляева Т.И., Талзи В.П., Лихолобов В.А., Суровикин Ю.В., Горбунова О.В. Влияние условий модификации углеродного материала Сибунит на изменение его текстуры // Химия твердого топлива. 2015. Т. 49. № 1. С. 23-27. DOI: 10.7868/S002311771501003X.

7. Плаксин Г.В., Бакланова О.Н., Лавренов А.В., Лихолобов В.А. Углеродные материалы семейства Сибунит и некоторые методы регулирования их свойств // Химия твердого топлива. 2014. Т. 48. № 6. С. 26. DOI: 10.7868/S0023117714060036.

8. Бакланова О.Н., Лихолобов В.А., Лавренов А.В., Пучков С.С., Пьянова Л.Г. Регулирование свойств углеродных материалов семейства Сибунит для каталитических и сорбционных приложений // Материалы 10-й Междунар. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». Россия, Москва, г. Троицк. 6-9 июня 2016 г. С. 52.

9. Пьянова Л.Г., Бакланова О.Н., Лихолобов В.А., Лавренов А.В., Седанова А.В. Модифицированные углеродные сорбенты: синтез, свойства и применение // Материалы 10-й Междунар. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». Россия, Москва, г. Троицк. 6-9 июня 2016 г. С. 359.

10. Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. М.: Металлургия, 2000. 352 с.

11. Теснер П.А., Головина Н.Б., Городецкий А.Е. Кинетика образования пироуглерода из метана // Химия твердого топлива. 1976. № 1. С. 129-135.

12. Пешнев Б.В., Филимонов А.С., Баулин С.В., Следзь О.С., Асилова Н.Ю. Механизм образования пироуглерода в процессе пиролиза углеводородного сырья // Тонкие химические технологии. 2017. Т. 12. № 4. С. 36-42.

13. Филимонов А.С., Пешнев Б.В., Суровикин Ю.В., Трофимова Н.Н., Асилова Н.Ю. Влияние углеродной поверхности на закономерности образования пироуглерода // Вестник МИТХТ. 2014. Т. 9. № 6. С. 99-102.

14. Пешнев Б.В. Технология получения высокоадсорбционных материалов на основе углеродных нановолокон: дис. … д-ра техн. наук. М.: МИТХТ, 2007. 288 с.

15. Печуро Н.С., Песин О.Ю., Эстрин Р.И., Ройтер Л.А. Метод комплексного анализа саж (метод «КомпАС») // Промышленность синтетического каучука, шин и резиновых технических изделий. 1987. № 2. С. 16-19.