химический каталог




Активные угли и их промышленное применение

Автор X.Кинле, Э.Бадер

лерода и водяным паром при нагревании до слабо-красного каления.

В 1909 г. на химических заводах в Ратиборе (Силезия) по патенту Острейко была выпущена первая промышленная партия порошкового угля эпонит. В 1911 г. за ним последовали норит и пурит — торфяные угли, активированные водяным паром. Химическое активирование древесных опилок хлоридом цинка [4] впервые осуществили на Австрийском объединении химической и металлургической продукции в Ауссиге (в 1914 г.) и на фабриках красителей Байера (в 1915 г.) для производства карборафина. Эти порошковые угли использовались в од-

19

новном в качестве осветляющих в химической и сахарной промышленности.

Во время первой мировой войны был впервые применен активный уголь из скорлупы кокосового ореха в качестве адсорбента в противогазных масках. Благодаря этому опыту и разработке в середине 30-х годов технологии производства гранулированных углей типа суперсорбон и бензосорбон активные угли нашли применение в адсорбции газов и паров. Возможность извлечения бензола из светильного газа и другие рекуперационные процессы сыграли решающую роль в расширении областей применения активных углей. В настоящее время мировое производство активного угля составляет примерно 300 тыс. т/год (1977 г.), из которых примерно треть выпускается в Северной Америке и Европе [5].

2. СТРУКТУРА И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

2.1. КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА. ПОРИСТОСТЬ

В первые десятилетия нашего века активный уголь обычно принимали за аморфную разновидность углерода. Хотя электронные микрофотографии позволяют различать рыхлую структуру, состоящую из мельчайших углеродных частиц размером около 3 нм, только рентгеноструктурный анализ Гофманна [1, 2] впервые показал, что эти частицы представляют собой кристаллиты размерами 1-—3 нм. Поэтому в настоящее время активный уголь относят к группе микрокристаллических разновидностей углерода. Хотя графитовые кристаллиты состоят из плоскостей протяженностью 2—3 нм, образованных шести-членными кольцами, типичная для графита ориентация отдельных плоскостей решетки относительно друг друга нарушена. Это означает, что в активных углях слои беспорядочно сдвинуты относительно друг друга и не совпадают в направлении, перпендикулярном плоскости слоев (рис. 2.1). Расстояние между слоями больше, чем у графита (0,3354 нм) и составляет от 0,344 до 0,365 нм. Диаметр заключенного в одной плоскости строительного элемента составляет 2,0—2,5 нм, а иногда и больше. Высота пачки слоев равна 1,0—1,3 нм. Таким образом, графитовые кристаллиты в активном угле содержат 3— 4 параллельных углеродных слоя.

Химическим подтверждением графитной структуры активных углей является возможность образования соединений внедрения; так, Фреденхагену [3] удалось получить соединения Щелочного металла с графитом, а Руфф [4] получил фторированный графит.

Вследствие присутствия упорядоченной графитной структуры активные угли обычно характеризуются заметной электрической проводимостью. Отчасти она зависит от температуры

11

Рис. 2.1. Структура графитовых слоев:

а — упорядоченная структура в графите; б — неупорядоченная структура в микрокви-сталлическом углероде (активном угле). ' р

активирования и возрастает при высоких температурах, так как при этом удаляются действующие в качестве изоляторов поверхностные кислородные соединения (см. раздел 2.2) и образуются более крупные элементарные кристаллиты [5].

Ниже показано влияние продолжительности т и температуры прокаливания t на удельное объемное электрическое сопротивление р древесного угля (букового ретортного):

t, ч

При высоких температурах, соответствующих температурам получения активного угля, удельное сопротивление на много порядков ниже чем при 400—500 °С. Прокаленные образцы измельчались в порошок и испытывались под давлением 18МПа в виде прессованных изделий.

Кроме графитовых кристаллитов активные угли содержат, по данным рентгеновского анализа Райли [6], от одной до двух третей аморфного углерода; наряду с этим присутствуют гете-роатомы, в частности, кислород. В углях, полученных из сырья, богатого кислородом, содержание последнего также очень высокое.

12

Неоднородная масса, состоящая из кристаллитов графита и аморфного углерода, обусловливает необычную структуру активных углей. Между отдельными частицами появляются щели и трещины (поры) шириной порядка 10~10—10~8 м. Эти промежуточные поры прежде называли «микропорами» [7], а большие полости с диаметром до 1 мкм — «макропорами». Через эту систему пор осуществляется массопередача во всех процессах, протекающих на внутренней поверхности углерод-содержащего материала. Полости, не сообщающиеся с внешней поверхностью, называются «криптопорами». С точки зрения адсорбционной практики они не имеют никакого значения.

Принятое вначале деление на микро- и макропоры оказалось слишком грубым для описания адсорбционных процессов. Поэтому Дубинин [8] предложил следующую классификацию пор: микро-, переходные и макропоры. В соответствии с этим делением микропоры представляют собой тончайшие поры, которые заполняются адсорбтом при низких парциальных давлениях, еще до капиллярной конденсации (см. раздел 3.4). Переходными являются поры, в которых имеет место капиллярная конденсация, а макропоры имеют настолько большие радиусы, что явление капиллярной конденсации уже становится невозможным.

В настоящее время такая классификация — преимущественно ее аналитико-технические аспекты — приведена в соответствие с нормами Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) [9]. Поры с диаметрами до 0,4 нм называются субмикропорами, поры с диаметрами в интервале 0,4—

Рис. 2.2. Электронно-микроскопическая фотография активного угля (масштаб 50 000 : I) (фотография Degussa АО),

13

Рис. 2.3. Снимки, полученные с помощью растрового электронного микроскопа угля нз I древесины бука, активированного водяным паром в масштабе 1000: 1 (a). 3000 : Кб), 10 000 : 1 (в),10 000 : 1 (г).

2,0 нм — микропорами. Для пор с диаметрами от 2 до 50 нм предлагается название мезопоры, более крупные поры с диа-| метрами выше 50 нм называются макропорами.

Пользуясь представлениями о диаметрах или радиусах пор, которые следует рассматривать как эффективные параметры, можно допустить, что поры имеют только цилиндрическую форму. Однако в активных углях преобладают V-образные и щелевидные поры наряду с порами неправильной формы. В большинстве промышленных активных углей одновременно присутствуют поры различной формы. Кроме того, во многих исследованиях доказывается существование так называемых бутылкообразных пор с узкими входами, которые образуются, в частности, в классическом процессе хлорцинкового активирования.

Распределение пор по радиусам в отдельных активных углях может быть весьма различным. В соответствии с этим различают крупнопористые активные угли, которые, однако, всегда содержат тонкие поры, и тонкопористые активные угли,

14

I

которые кроме микропор могут включать и крупные поры. Ниже приведено типичное распределение пор в активных углях (объем пор в мл/г):

Микропоры Мезопоры Макропоры D<2 нм ?> = 2-50им D>50 нм

Активные угли, крупнопо- 0,1—0,2 0,6—0,8 0,4 рнстые

Активные угли, тонкопо- 0,6—0,8 0,1 0,3

ристые

Активный кокс 0,1 0,1 0.1

Углеродное молекулярное 0,25 0,05 0,1

сито

Активный кокс является специфическим продуктом, отличающимся особенно однородным распределением микропор. Углеродные молекулярные сита до сих пор не нашли широкого применения в адсорбционной технике, очевидно, из-за своей высокой стоимости.

В настоящее время еще невозможно получить оптическое изображение системы микропор активных углей. Даже при чрезвычайно сильном увеличении электронно-микроскопические снимки, показанные на рис. 2.2, позволяют различать только поры с диаметром около 10 нм. Значительно меньшее увеличение дают снимки с помощью растрового электронного микроскопа, которые, однако, достаточно наглядно воспроизводят структуру поверхности частицы. На рис.

страница 3
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

Скачать книгу "Активные угли и их промышленное применение" (2.76Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
купить букет из лютиков в харькове
Рекомендуем фирму Ренесанс - лестницы на второй этаж в частном доме своими руками схема - продажа, доставка, монтаж.
стул изо т
В магазине КНС Нева Acer Aspire S5-371-54UD NX.GCJER.006 - 10 лет надежной работы! Санкт Петербург, ул. Рузовская, д.11.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)