ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ПИРОЛИЗОМ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Авторы
Файлы

Меметов Н.Р. Шубин И.Н. Монаенков М.Ю. Статья в формате PDF 112 KB Среди материалов, построенных из атомов углерода, особое место занимает так называемый активный углерод. Его можно представить как конструкцию, построенную из слоев атомов углерода, образующих структуру, подобную графиту. Отличие от графита обусловлено различной степенью внутри- и межслоевой разупорядоченности атомов. Благодаря такой конструкции активный углерод имеет так называемое пористое прострaнcтво, объем и размер пор которого определяются размером первичных кристаллитов, хаpaктером их упаковки и взаимной ориентацией. В связи с этим другим часто встречающимся в литературе названием активного углерода является название "пористый углеродный материал" (ПУМ).

В настоящее время ПУМ представляют собой важнейший класс адсорбентов, катализаторов и носителей, промышленное производство которых измеряется многими сотнями тысяч тонн и непрерывно возрастает из-за расширения традиционных и появления новых областей применения. Среди них следует особо отметить процессы короткоциклового безнагревного адсорбционного разделения газов, наполнители контейнеров для хранения природного газа, тепловые машины, гидрометаллургию, гемосорбцию, носители каталитически активных компонентов и многое другое. [1]

Традиционной схемой получения ПУМ является высокотемпературный пиролиз твердого углеродсодержащего сырья. Этот метод получения имеет недостатки, среди которых наиболее существенными являются: а) углеродные кластеры и кристаллиты образуются в результате твердофазных плохо контролируемых превращений исходного углеродсодержащего сырья; б) минеральные примеси, содержащиеся в исходном сырье, переходят в состав конечного углеродного материала.

Сегодня наиболее интенсивно развивается новый подход к синтезу ПУМ, обеспечивающий контроль как за стадией образования первичных кластеров углерода, так и за процессом ассоциации кластеров в частицу активного углерода. Согласно этому подходу ПУМ получают путем каталитического пиролиза газообразных углеводородов (метан, пропан, ацетилен и т.д.) на поверхности твердого катализатора.

На базе Тамбовского инновационно - технологического центра машиностроения специалистами ТГТУ были получены ПУМ путем пиролиза пропан-бутановой смеси на поверхности твердого катализатора на основе никеля.

Навеску катализатора помещали в реактор, представляющий собой вертикальную обогреваемую трубу, в нижней и верхней части которой расположены штуцера для подвода исходного сырья и удаления продуктов реакции соответственно.

В реактор подавали пропан-бутановую смесь и нагревали реактор до 893 К. Скорость нагрева составляла 1К/с. Образец выдерживали при данной температуре в течение 30 мин. Расход газа составлял 6 л/ч. После этого нагрев отключали и охлаждали аппарат до комнатной температуры, навеску доставали и взвешивали. Полученный продукт, представлял собой порошок черного цвета. Отмывку материала от катализатора проводили в азотной кислоте с концентрацией 10% масс. в течение 2 часов при T=333 К, затем в дистиллированной воде до нейтрального pH.

Удельный выход продукта составлял 20¸25 г продукта/г катализатора.

Оценка пористой структуры и сорбционной емкости образца производилась специалистами ТамбовНИХИ методом ртутной порометрии.

Прямое измерение пористой структуры образца порошка не позволило провести оценку распределения пор по радиусам. Для проведения исследований из порошка была спрессована таблетка диаметром 10 мм.

Суммарная поверхность измеренных пор составила 69,66 м²/г.

Хаpaктеристический радиус измеренных пор равен 39А°.

Суммарная пористость - 52,15%.

Статическая сорбционная емкость образца по парам бензола составила 0,07 см³/г. Оценка проводилась эксикаторным методом.

Таким образом, на основании проведенных исследований пористой структуры полученный материал можно отнести к наноструктурированным материалам, которые могут быть использованы в качестве высокоэффективных адсорбентов нового поколения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Лихолобов В. А. Каталитический синтез углеродных материалов и их применение в катализе. // Соросовский образовательный журнал, № 5, 1997, C. 35-42.
Chen P., Zhang H.-B., Lin G.-D., Hong Q., Tsai K.R. Growth of carbon nanotubes by catalytic decomposition of CH₄or CO on a Ni-MgO catalyst. // Carbon Vol. 35, No. 10-11, 1997, pp. 1495-1501.

ОЦЕНКА УДАЛЕННОСТИ ЗОНЫ ПЕРЕБРОСА ДЫМОВОГО ФАКЕЛА ОТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ

Статья в формате PDF 122 KB...