Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения

Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения

Установлено влияние строения и происхождения образцов технического углерода, а также условий их термообработки (температуры, природы газовой среды), предварительной пропитки активирующими добавками и других факторов на конечные характеристики углеродных аэрогелей — плотность, удельную поверхность, с...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Украинский химический журнал
Datum:2006
Hauptverfasser: Ставицкая, С.С., Гоба, В.Е., Томашевская, А.Н., Картель, Н.Т.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2006
Schlagworte:
Неорганическая и физическая химия
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185194
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения / С.С. Ставицкая, В.Е. Гоба, А.Н. Томашевская, Н.Т. Картель // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 5. — С. 31-36. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-185194
record_format dspace
spelling Ставицкая, С.С.
Гоба, В.Е.
Томашевская, А.Н.
Картель, Н.Т.
2022-09-05T16:05:37Z
2022-09-05T16:05:37Z
2006
Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения / С.С. Ставицкая, В.Е. Гоба, А.Н. Томашевская, Н.Т. Картель // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 5. — С. 31-36. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
0041–6045
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185194
661.183.1
Установлено влияние строения и происхождения образцов технического углерода, а также условий их термообработки (температуры, природы газовой среды), предварительной пропитки активирующими добавками и других факторов на конечные характеристики углеродных аэрогелей — плотность, удельную поверхность, сорбционную способность.
Встановлено вплив будови і походження зразків технічного вуглецю, а також умов їх термообробки (температура, природа газового середовища), попереднього насичування активними домішками та інших факторів на кінцеві характеристики вуглецевих аерогелів — щільність, питому поверхню, сорбційну здатність.
Influence of structure and an origin of samples of technical carbon, as well as conditions of their heat treatment (temperatures, nature of the gas environment), preliminary impregnation of activating additives and other factors on final characteristics of carbon aerogels (density, specific surface, sorptive ability) is investigated.
ru
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
Украинский химический журнал
Неорганическая и физическая химия
Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
Вуглецеві матеріали аерогельного типу на основі тонкодисперсних саж різного походження
Aerogel-type carbon-base materials based on fine carbon blacks of different origin
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
spellingShingle Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
Ставицкая, С.С.
Гоба, В.Е.
Томашевская, А.Н.
Картель, Н.Т.
Неорганическая и физическая химия
title_short Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
title_full Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
title_fullStr Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
title_full_unstemmed Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
title_sort углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения
author Ставицкая, С.С.
Гоба, В.Е.
Томашевская, А.Н.
Картель, Н.Т.
author_facet Ставицкая, С.С.
Гоба, В.Е.
Томашевская, А.Н.
Картель, Н.Т.
topic Неорганическая и физическая химия
topic_facet Неорганическая и физическая химия
publishDate 2006
language Russian
container_title Украинский химический журнал
publisher Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
format Article
title_alt Вуглецеві матеріали аерогельного типу на основі тонкодисперсних саж різного походження
Aerogel-type carbon-base materials based on fine carbon blacks of different origin
description Установлено влияние строения и происхождения образцов технического углерода, а также условий их термообработки (температуры, природы газовой среды), предварительной пропитки активирующими добавками и других факторов на конечные характеристики углеродных аэрогелей — плотность, удельную поверхность, сорбционную способность. Встановлено вплив будови і походження зразків технічного вуглецю, а також умов їх термообробки (температура, природа газового середовища), попереднього насичування активними домішками та інших факторів на кінцеві характеристики вуглецевих аерогелів — щільність, питому поверхню, сорбційну здатність. Influence of structure and an origin of samples of technical carbon, as well as conditions of their heat treatment (temperatures, nature of the gas environment), preliminary impregnation of activating additives and other factors on final characteristics of carbon aerogels (density, specific surface, sorptive ability) is investigated.
issn 0041–6045
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185194
citation_txt Углеродные материалы аэрогельного типа на основе тонкодисперсных саж различного происхождения / С.С. Ставицкая, В.Е. Гоба, А.Н. Томашевская, Н.Т. Картель // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 5. — С. 31-36. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT stavickaâss uglerodnyematerialyaérogelʹnogotipanaosnovetonkodispersnyhsažrazličnogoproishoždeniâ
AT gobave uglerodnyematerialyaérogelʹnogotipanaosnovetonkodispersnyhsažrazličnogoproishoždeniâ
AT tomaševskaâan uglerodnyematerialyaérogelʹnogotipanaosnovetonkodispersnyhsažrazličnogoproishoždeniâ
AT kartelʹnt uglerodnyematerialyaérogelʹnogotipanaosnovetonkodispersnyhsažrazličnogoproishoždeniâ
AT stavickaâss vuglecevímateríaliaerogelʹnogotipunaosnovítonkodispersnihsažríznogopohodžennâ
AT gobave vuglecevímateríaliaerogelʹnogotipunaosnovítonkodispersnihsažríznogopohodžennâ
AT tomaševskaâan vuglecevímateríaliaerogelʹnogotipunaosnovítonkodispersnihsažríznogopohodžennâ
AT kartelʹnt vuglecevímateríaliaerogelʹnogotipunaosnovítonkodispersnihsažríznogopohodžennâ
AT stavickaâss aerogeltypecarbonbasematerialsbasedonfinecarbonblacksofdifferentorigin
AT gobave aerogeltypecarbonbasematerialsbasedonfinecarbonblacksofdifferentorigin
AT tomaševskaâan aerogeltypecarbonbasematerialsbasedonfinecarbonblacksofdifferentorigin
AT kartelʹnt aerogeltypecarbonbasematerialsbasedonfinecarbonblacksofdifferentorigin
first_indexed 2025-11-26T15:48:36Z
last_indexed 2025-11-26T15:48:36Z
_version_ 1850626908864118784
fulltext концентрации электролита приводит к снижению селективности мембран. Тем не менее выраженная тенденция к улучшению селективности по мере увеличения количества ионообменной состав- ляющей в порах матрицы позволяет предполо- жить возможность получения мембран, которые характеризовались бы значительной селективно- стью и в области высококонцентрированных рас- творов. Дальнейшее улучшение зарядовой селек- тивности мембран возможно, очевидно, при со- вершенствовании методов их синтеза. РЕЗЮМЕ. Синтезовано композиційні неорганічні мембрани на основі оксидної кераміки (інертна підложка) та гідратованого діоксиду цирконію (йонообмінна складо- ва). На основі результатів вимірювання мембранного потенціалу показано, що отримані мембрани виявляють йонселективні властивості як у кислому, так і в лужному середовищі в інтервалі концентрацій 1-1 зарядного елек- троліту 0.01—0.1 M. Встановлено, що числа переносу про- тийонів збільшуються при підвищенні вмісту йонообмін- ної складової та досягають 0.92. SUMMARY. The composite inorganic membranes ba- sed onoxide ceramics (inert substrate) and hydrated zirco- nium dioxide (ion-exchange component) were synthesized. The membrane potential measurements showed, that the obtained membranes demonstrate ion-selective properties both in acidic (towards anions) and alkaline (towards cations) media within the concertration interval of 0.01—0.1 M for 1:1 electrolyte. It was found, that transport numbers of counter ions increase with an increase in amount of ion-exchange component and reach 0.92. 1. Katz P. Ultrapure Water. -1999. -16, № 4. -P. 52—57. 2. Гребенюк В. Электродиализ. -Киев: Техника, 1976. 3. W alsh F. A First Course in Electrochemical Engi- neering. -London: Alresford Press, 1993. 4. Koruta J. Ions, Electrodes and membranes. -Chiches- ter, UK.: Wiley, 1991. 5. Linkov V .N., Belyakov V .N. // Sep. and Pur. Techn. -2001. -25, № 1–3. -Р. 57—63. 6. Амфлетт Ч. Нерганические иониты. -М.: Мир, 1966. 7. Cухарев Ю.И. Синтез и применение специфических оксигидратных сорбентов. -М.: Энергоатомиздат. 1987. 8. Нelfferich F. Ion Exchange. -New York: Dover, 1995. 9. Шарло Г. Методы аналитической химии. -М .: Химия, 1966. 10. Мархол М . Ионообменники в аналитической химии. -М .: Мир, 1985. -Т. 1. 11. Hale D.K., M cCauley D.J. // Trans. Faraday Soc. -1961. -57, № 1. -P. 135—149. Институт общей и неорганической химии Поступила 17.12.2004 им. В.И . Вернадского НАН Украины, Киев УДК 661.183.1 С.С. Ставицкая, В.Е. Гоба, А.Н. Томашевская, Н.Т. Картель УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ АЭРОГЕЛЬНОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ САЖ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Установлено влияние строения и происхождения образцов технического углерода , а также условий их термообработки (температуры, природы газовой среды), предварительной пропитки активирующими добавками и других факторов на конечные характеристики углеродных аэрогелей — плотность, удельную поверхность, сорбционную способность. Среди новых углеродных материалов (УМ), которые в зависимости от исходного материала и способов обработки могут обладать разнооб- разными формами , физико-механическими и химическими свойствами, существенный инте- рес представляют УМ аэрогельного типа с низ- кой плотностью. Углеродные материалы с низкой плотностью — углеродные аэрогели (УА) как новый тип аэ- рогелей впервые были получены в конце 80-х годов ХХ столетия [1, 2] пиролизом органических аэрогелей — резорцинол-формальдегидной смо- лы при температурах от 250 до 600 оС в токе азота с последующей высокотемпературной акти- вацией углекислым газом при 900—1000 оС. Все последующие исследования посвящены синтезу и изучению структурных характеристик, адсорб- ционных и электрофизических свойств углерод- © С.С. Ставицкая, В.Е. Гоба, А.Н . Томашевская, Н .Т. Картель, 2006 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 5 31 ных аэрогелей [4—8]. Подробно изучалось влия- ние соотношения исходных компонентов [4], тер- мостабильности выбранных смол [5], раствори- телей (в основном спиртов) [6], наличия ката- лизаторов в процессе полимеризации (Ca(OH)2, Na2CO3 [7]), сшивающих агентов, например ме- ламина [8], на конечные свойства получаемых УА. Обычно для синтеза в качестве исходных исполь- зовали резорцинол-формальдегидную, фенол-фур- фуроловую, меламин-формальдегидную, полиуре- тановую, фенол-формальдегидную, реже — поли- винилхлоридную системы [9]. Известны случаи получения металл (медь)-содержащих УА [10] для улучшения электропроводящих и других свойств последних. В [11, 12], например, синтезированы уг- леродные материалы с низкой плотностью путем карбонизации полимерных соединений, в том числе и вспученных, с использованием разных обработок и неорганических добавок. Преимуще- ством такого типа УА перед другими является возможность получения формированных изделий уже на стадии синтеза, с заданной структурой. В качестве наполнителя был использован тонко диспергированный NaCl. Возможность синтеза уг- леродсодержащих композитов с низкой плотно- стью — поликарбидов кремния, титана, бора, урана и алюминия была показана в [13]. Интерес к материалам аэрогельного типа обусловлен разнообразными возможностями их использования в химической технологии и элек- тротехнике благодаря их высокой, уникальной по- ристости, электропроводности, коррозионной и кислотной устойчивости, биостабильности. Их при- меняют в качестве перспективных электродов в высокоемких источниках тока, в топливных эле- ментах, при разделении и выделении ионов тяже- лых металлов и других ионов, адсорбции газов (в частности, в качестве "контейнеров" для хране- ния водорода и метана [7]), наполнителей хрома- тографических колонок, в качестве носителей ка- тализаторов и самих катализаторов, теплоизоля- торов и различных фильтров [3, 4, 7, 8, 10—14]. Можно также ожидать, что эти низкоплотные уг- леродные материалы, как правило, с однород- нопористой структурой найдут свое применение также в биохимии и в медицине как поглотители токсичных и носители лечебных веществ и т.п. Между тем, в литературе главное внимание уделялось способам получения УА, их свойствам и мало исследовались возможности направлен- ного изменения пористой структуры, химической природы поверхности приготовленных УА, нап- ример, с помощью специальных обработок и на- правленного модифицирования. Поэтому поиск новых путей синтеза и новых форм УА является весьма актуальным. В настоящей работе в качестве исходного ве- щества для получения УА были использованы образцы тонкодисперсных саж (технического уг- лерода) — П-701, которые готовят термическим разложением природного газа, и П-803, получен- ные термоокислительным разложением жидких углеводородов. Эти образцы различались исход- ной кажущейся плотностью (d) — 470 и 240 мг/см3 соответственно, и степенью графитизации, кото- рая для П-803 была значительно более высокой, чем для П-701. Предполагалось, что изменение (уменьшение) плотности этих веществ может быть достигнуто за счет образования пустот при выго- рании внутренней области частиц сажи, представ- ленных обычно так называемым "неорганизован- ным" углеродом, тогда как внешнюю обкладку, как правило, составляют более упорядоченные кристаллиты углерода [15]. На такой процесс, происходящий в окислительной атмосфере при действии высокой температуры, могут влиять тем- пературный режим, длительность обработки, при- рода газовой атмосферы и др. Особенности строения элементарной струк- туры технического углерода как наиболее тонко- дисперсного материала дают основание считать, что при термической окислительно-деструктив- ной обработке его (как исходного вещества) мо- жно получать углеродные аэрогели. Действитель- но, сажи характеризуются сильно развитой це- почной структурой; частицы сажи, как известно [15], состоят из большого числа псевдографитных кристаллитов углерода и аморфного ("неоргани- зованного") углерода. Отдельные элементарные частицы имеют приближенно сферическую фор- му. Жесткие цепочки частиц, определяющие струк- турность сажи, состоят из частиц почти одина- кового диаметра — от 100 до 2500 Ao . В окислительной атмосфере под действием высокой температуры внутренняя часть частиц должна выгорать значительно быстрее с образо- ванием пустот. Реакционная способность и свой- ства технических саж в значительной мере опре- деляются размерами первичных сажевых агрега- тов, состоящих из элементарных частиц в виде жестких цепочек. В настоящей работе были изучены условия получения углеродных материалов аэрогельного типа на основе технического углерода и устано- влено влияние природы исходного УМ , газовой атмосферы, температурного режима, длительно- 32 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 5 сти обработки и других факторов на конечные свойства синтезированных УА — кажущуюся плотность, степень обгара, сорбционную способ- ность по парам бензола, которые определяли стан- дартными методами [16]. Изучалась также устой- чивость названных образцов технического угле- рода к воздействию ультразвука и γ-облучения, а также возможность "химической" активации са- жевых частиц. В последнем случае образцы пред- варительно обрабатывали веществами, которые могли бы при последующей термической обра- ботке разлагаться на газообразные продукты не- посредственно внутри частиц сажи, что должно было способствовать их разрыхлению и сниже- нию плотности. С этой целью использовали про- питку образцов технического углерода раство- рами ацетата или бикарбоната аммония, или двухстадийную пропитку серной кислотой и бикарбонатом аммония. Термообработку прово- дили в атмосфере воздуха, углекислоты, паров во- ды, водорода или аргона. С целью увеличения степени дисперсности углеродные сажи разной природы подвергали дей- ствию ультразвука и γ-облучению. При этом бы- ло изучено влияние времени обработки, дозы об- лучения на изменение дисперсности саж и их свойства (табл. 1). Как оказалось, действие ультразвука (30 мин) на сажу П-701 похоже на воздействие вибраци- онного помола, при котором происходит распад цепочной структуры на отдельные фрагменты, уменьшается пористость [15]. О повышении дис- персности системы свидетельствует и увеличение кажущейся плотности (d), тo еcть плотности упа- ковки (табл. 1), уменьшение пористости (сорб- ционной способности) по бензолу (W s) [16]. Обработка жестким γ-облучением (50—500 Рад) также способствует повышению степени дисперсности. Изменение структурности обрабо- танных образцов сажи П-701 было подтвержде- но и данными рентгеноструктурного анализа. Для сажи марки П-803 в аналогичных условиях наз- ванные характеристики не изменяются (табл. 1). Существенная разница конечных характери- стик получаемых материалов наблюдалась и при термообработке образцов П-701 и П-803 при температурах 600—900 оС в присутствии паров воды, углекислоты, воздуха. Такую окислитель- но-деструктивную обработку — высокотемпера- турную активацию использовали для снижения плотности тонкодисперсных саж с целью полу- чения на их основе аэрогелей. При этом были изучены оптимальные условия получения УА, определены основные параметры активации, вли- яние различных факторов на конечные свойства углерода: температурный режим, время контакта образца с активирующим агентом, природа ис- ходного материала и используемого окислите- ля. Контроль качества полученных образцов осуществляли по величинам их плотности d, сте- пени обгара (m), сорбционной емкости по С6Н6 (W s). Полученные данные приведены в табл. 2 и рис. 1, 2. Поскольку пористая структура (не путать со структурностью — степенью соединения сажевых частиц), под которой понимают внутреннее стро- Т а б л и ц а 1 Воздействие γ-облучения и ультразвука на образцы технического углерода различной природы Условия обра- ботки Сажа П-701 Сажа П-803 d, мг/см3 W s, см3/г d, мг/см3 W s, см3/г Исходный об- разец 470 0.026 240 0.047 γ-Облучение* (Рад) различными дозами: 50 750 0.015 220 0.050 300 510 0.018 240 0.032 500 750 0.017 230 0.044 Ультразвук: τ=30 мин 750 0.013 240 0.045 τ=60 мин 440 0.020 230 0.050 * Облучение осуществляли в вакуумированных ампулах (обычно по 0.5 г сорбента); τ — время обработки. Т а б л и ц а 2 Характеристики образцов после термообработки сажи П-701 (исходная плотность d=470 мг/см3; сорбция бен- зола W s=0.026 см3/г) Газовая среда Т , оС τ, ч m, % d, мг/см3 W s, см3/г Н2О 600 30 45 460 0.126 Н2О 700 20 69 320 0.170 Н2О 900 3 90 160 1.100 СО2 800 50 30 270 0.440 СО2 900 40 54 80 0.730 Воздух+СО2 900 20 50 90 0.700 П р и м е ч а н и е. Т — температура обработки образцов; τ — время обработки; m — обгар сажи. ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 5 33 ение частиц, проявляется в сажах только после их длительного, глубокого окисления атмосфер- ным кислородом при 450 оС в течение 50 ч [15], в данной работе, где были использованы по- добные условия только в исключительных слу- чаях (табл. 2), не приводятся характеристики по- ристой структуры (объем пор определенного размера, распределение пор по радиусам, геоме- трическая поверхность пор и т.п.). Были полу- чены величины удельной поверхности исходных образцов и наиболее перспективных материалов аэрогельного типа [16]. Эти величины составля- ли для П-701 и П-803 25 и 21 м2/г соответствен- но, а для низкоплотных образцов с d = 80–90 мг/см3 — 86 и 91 м2/г. Из данных табл. 2 и рис. 1, 2, на которых при- ведены типичные кривые изменения обгара и ка- жущейся плотности образцов, происходящие при их термообработке, видно, что для менее графи- тизированных образцов П-701 наряду с обгаром, вызванным образованием фазовых оксидов угле- рода, наблюдалось значительное увеличение сорб- ционной способности по бензолу и уменьшение кажущейся плотности. На процессы заметно вли- яет температура обработки (табл. 2, рис. 2). В определенных условиях (900 оС, обработка водя- ным паром или СО2) могут быть получены образ- цы с кажущейся плотностью 160–90 мг/см3 — уг- леродные аэрогели. Была найдена существенная разница в конечных характеристиках образцов, термообработанных в присутствии паров воды и углекислоты (табл. 2): характерная для аэрогелей низкая плотность в присутствии паров воды до- стигалась быстро, но при весьма высоких вели- чинах обгара (до 90 %). Таким образом, исполь- зование паров воды для активации технического углерода с целью получения из него аэрогелей ока- залось нецелесообразным, поскольку приводило к низкому выходу продукта. Значительно мень- ший обгар и более низкая плотность конечных образцов наблюдались при термообработке в атмосфере СО2. Термообработка образцов П-803 не дала подобных результатов. Из данных рис. 1 видно, что в одинаковых условиях наблюдал- ся существенно меньший обгар сажи П-803 по сравнению с П-701, при этом и кажущаяся плот- ность изменялась незначительно, например, при 50 %-м обгаре — с 240 до 225 мг/см3; в иссле- дованных условиях образования аэрогелей не наблюдалось. Более предпочтительным оказалось получе- ние УА из сажи П-701 комбинированной обрабо- ткой — кислородом воздуха при 450 оС для раз- рушения упорядоченной внешней оболочки са- жевых частиц с последующей обработкой в атмо- сфере СО2 при 900 оС для удаления неорганизо- ванного углерода внутренней структуры. При этом образцы с плотностью, соответствующей по- Рис. 1. Изменение обгара (m,%) саж П-701 (1, 3) и П-803 (2,4) в атмосфере СО2 от времени в результате термообработки при 600 (3, 4) и 800 оС (1, 2). Рис. 2. Изменение кажущейся плотности при термичес- кой активации сажи П-701 в токе СО2 при температуре 800 (1) и 900 оС (2) во времени. 34 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 5 нятию "аэрогель" (80—90 мг/см3), были получены в значительно более короткое время (табл. 2). Сле- дует отметить также, что полученные УА проявля- ли намного большую, чем исходные, сорбционную способность по парам бензола (табл. 2). Кроме того, было установлено, что допол- нительная высокотемпературная (~1000 оС) обра- ботка водородом газовой сажи, предваритель- но подвергнутой окислительной активации, при- водит к получению сорбентов с очень высокой сорбционной емкостью (W s) по бензолу — от 0.8 до 1.1 см3/г, что значительно превышает такой по- казатель для обычного активированного угля [16]. Однако при этом происходит значительное уме- ньшение степени дисперсности полученных образ- цов, по-видимому, за счет агрегирования их час- тиц из-за образования в таких условиях доста- точно активных поверхностных радикалов [17]. Для синтеза веществ аэрогельного типа из технического углерода был использован и метод химической активации. Насыщенные растворами ацетата или бикарбоната аммония либо после двух- стадийной пропитки серной кислотой и бикарбо- натом аммония образцы подвергали вначале термообработке в инертной атмосфере (Ar, H2), а затем — действию окислителя. Исследования показали (табл. 3), что при тер- мообработке предварительно пропитанных раз- личными веществами саж ("химической актива- ции") сорбционная способность получаемых об- разцов увеличивалась, однако снижение кажущей- ся плотности для более реакционноспособной П-701 оказалось сравнительно небольшим, а для П-803 эта величина в ряде случаев даже увели- чивалась. Данные по химической активации по- казали, что наиболее эффективным оказался спо- соб двухстадийного насыщения в сочетании с тер- мообработкой. Таким образом, показана возможность полу- чения углеродных материалов аэрогельного ти- па из отдельных образцов тонкодисперсных саж с меньшей степенью графитизации при их тер- моокислительной обработке. Установлено влия- ние происхождения, реакционной способности, ис- ходного углеродного продукта, газовой среды, температурного режима и других факторов на конечные свойства синтезированного продукта. Более предпочтительным оказалось получение УА (с плотностью 80—90 мг/см3) комбинирован- ной обработкой кислородом воздуха при 450 оС с последующей обработкой в атмосфере СО2 при 900 оС. Найдено, что более упорядоченные (гра- фитизированные) образцы, устойчивые к физи- ческим (ультразвуковое и радиационное облуче- ние) и химическим воздействиям, не проявляют склонности и к изменению плотности получен- ного материала (образованию аэрогелей). РЕЗЮМЕ. Встановлено вплив будови і походжен- ня зразків технічного вуглецю, а також умов їх термо- обробки (температура , природа газового середови- ща), попереднього насичування активними домішка- ми та інших факторів на кінцеві характеристики вугле- цевих аерогелів — щільність, питому поверхню, сорб- ційну здатність. SUMMARY. Influence of structure and an origin of samples of technical carbon, as well as conditions of their heat treatment (temperatures, nature of the gas en- vironment), preliminary impregnation of activating ad- ditives and other factors on final characteristics of car- bon aerogels (density, specific surface, sorptive ability) is investigated. 1. Pekala R.W . // J. Mater Sci. -1989. -24, № 9. -P. 3221—3231. 2. Пат.476778 США , МКИ С 01 В 3/02. Organic aerogels from the sol-gel polymerization of phenol- furfural mixtures. 3. Pekala R .W ., Farmer J.C., A lviso C.T., T ran T.D. // J. Non-Cryst Solids. -1998. -225, № 1. -P. 74—80. 4. Petricevic M , Glora M ., Fricke J . // Carbon. -2001. -39, № 6. -P. 857—867. 5. Y amashita J., Ojima T., Hatori H., Y amada Y . // Ibid. -2003. -41, № 2. -P. 285—295. 6. Guotong Qin, Shucai Guo // Ibid. -2001. -39, № 12. -P. 1935—1937. 7. Thery A ., Clinard C., Beguin F. et al. // Proc. of Intern. Conf. on Carbon. 15–20 sept. 2002. -Bejing, Т а б л и ц а 3 Характеристики образцов саж после предварительной пропитки и термообработки (время термообработки — 1 ч, температура прокаливания 900—950 оС) Oбра- зeц Пропитывающий агент Газовая среда термо- обработки d, мг/см3 W s, см3/г П-701 1 NH4HCO3 + H2SO4 Воздух 360 0.04 2 H2SO4 + NH4HCO3 ’’ 320 0.07 П-803 1 H2SO4 + NH4HCO3 Аргон 180 0.02 2 CH3COONH4 ’’ 240 0.04 3 NH4HCO3 ’’ 350 0.07 4 CH3COONH4 Водород 310 0.05 5 NH4HCO3 ’’ 340 0.07 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 5 35 China. CD-ROM SBN 7-900362-03-7/G03. 8. Rui Z ang, Z hihong Li, Y iao X u et al. // Ibid. 9. Тhorikawa T., Ogawa K., M izuno K. et al. // Carbon. -2003. -41, № 3. -P. 465—472. 10. Petricevic R ., Reichenauer G., Fricke J. // J. Non-Cryst. -1998. -225, -№.1. -P. 41—51. 11. Gilow K.M ., Shapovalova L.N. // Polym. Degrad. and Stab. -1992. -38, № 1. -P. 27—34. 12. Митрофанов В.Д., Манаков А .И ., Швейкин Г.П. Карбиды и материалы на их основе. -Киев: АН УССР. Ин-т проблем материаловедения, 1991. 13. Noriko Y oshizawa, Y asushi Soneda, Hiroaki Hatori, Y ohko Hanzawa // Proc of Intern. Conf. on Carbon, 6–10 July, 2003. -Oviedo, Spain. CD-ROM JSBN 0- 9674971-2-49674972. 14. Li W .C., Lu A .H. Guo S .C. // Carbon. -2001. -39, № 12. -P. 1989—1994. 15. Самойлов В.С., Сенин Н .Д., Смирнов В.Н . Произ- водство и свойства углеродных саж. -Омск., 1980. 16. Кельцев Н .В. Основы адсорбционной техники. -М .: Химия, 1984. 17. Кураков Ю.И., Глухоманюк А .М ., Ильенков В.К. Электрохимические и плазмохимические процес- сы в химической технологии. -Л ., 1990. Институт сорбции и проблем эндоэкологии Поступила 18.01.2005 НАН Украины, Киев УДК 553.611.6:549.02:541:18:621.315.615 И.И. Марцин, П.А. Косоруков, Л.Г. Надел, Е.А. Соловьева, В.А. Михайлик, М.А. Пластинина МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА БЕНТОНИТА ВАРВАРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Методами РФА, ДТА, ИК-спектроскопии исследован минеральный состав бентонитовой породы нового место- рождения Украины — с. Варваровка, Хмельницкой обл. Установлено, что глинистый минерал представляет собой Al- Fe-монтмориллонит. Кислотная активация приводит к частичному разрушению структуры монт- мориллонита с образованием аморфного кремнезема, выщелачиванию компонентов структуры. При обра- ботке серной кислоты 10—20 %-м раствором степень разрушения глинистого минерала составляет 55 и 70 % соответственно, удельная поверхность увеличивается от 58 до 168 м2/г. Отсутствие токсичных элементов и концентрации элементов-примесей в глинистом минерале указывает на возможность использования варва- ровского монтмориллонита для получения сорбентов. В Славутском районе (Хмельницкая обл.) в районе участка Варваровки для нужд сельского хозяйства добывался верхний слой, состоящий в основном из известняка. Очищенная от известня- ка толща состоит из минерала, который по пред- варительным данным может быть отнесен к бен- тонитовым глинам. Согласно литологическому раз- резу, покрывающий слой Варваровского место- рождения представлен известняками, известкови- стыми песчаниками — до 0.6 м, затем следует слой сероватой бентонитовой породы мощностью 4.5— 6 м, слой кремнистых пород — до 1—1.5 м и сапонитовый слой — до 70—80 м. Добыча монт- мориллонита может выполняться с поверхности, с зачисткой 0.2—0.6 м покрывающего слоя [1]. Цель настоящей работы — исследование ми- нерального, химического и микроэлементного со- ставов бентонитовой породы Варваровского мес- торождения, идентификация породообразующе- го глинистого минерала и изучение влияния кис- лотной активации на степень разрушения мине- рала и изменение удельной поверхности при получении сорбентов для очистки масел на осно- ве модифицированных дисперсных минералов. Объекты исследования — пробы бентонито- вой породы Варваровского месторождения, ори- ентированные препараты катионзамещенных форм глинистого минерала, а также образцы от- мученного бентонита фракции <1 мкм и акти- вированного H2SO4 10—20 %-й концентрации в течение 6 ч при 98 оС и соотношении твердая фа- за : раствор кислоты = 1:4. Рентгенофазовый анализ (РФА) бентонито- вой породы, катионзамещенных форм глинисто- го минерала и кислотно-активированных образ- цов отмученного бентонита фракции <1 мкм осуществляли на рентгеновском дифрактометре ДРОН-УМ1 с двумя щелями Соллера с фильтро- ванным СоКα-излучением при скорости съемки 1o/мин. Точность определения количественного состава фаз составляет ± 5 %. Минеральный со- став идентифицировали в соответствии с карто- © И .И . Марцин, П .А. Косоруков, Л.Г. Надел, Е.А. Соловьева, В.А. Михайлик, М .А. Пластинина , 2006 36 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 5

Ähnliche Einträge