WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Рисунок 3 – Зависимость суммарной пористости углей от содержания фосфорной кислоты

Выход углей (рисунок 2) возрастает с увеличением содержания фосфорной кислоты в исходных опилках, так как с увеличением содержания фосфорной кислоты в опилках увеличивается ее содержание в углях. С увеличением скорости воздуха выход углей снижается, причем это снижение более выражено для невысоких (до 2 % включительно) значений содержания фосфорной кислоты.

Зависимость суммарной пористости углей (рисунок 3) от содержания фосфорной кислоты имеет экстремальный характер с максимумом, соответствующим содержаниям последней 1-2 %. Пористость увеличивается с увеличением скорости воздуха для всех величин содержания фосфорной кислоты.

Рисунок 4 – Зависимость осветляющей способности по метиленовому голубому от скорости воздуха

Рисунок 5 – Зависимость адсорбционной емкости по иоду от содержания фосфорной кислоты

С увеличением скорости воздуха осветляющая способность углей (рисунок 4) увеличивается для всех значений содержания фосфорной кислоты. С увеличением содержания фосфорной кислоты осветляющая способность также увеличивается.

Адсорбционная активность углей по иоду (рисунок 5) резко возрастает при увеличении содержания фосфорной кислоты на участке 0,25 – 1 %, затем происходит незначительное увеличение активности до точки 4 % и на участке 4 – 6 % - незначительное снижение. От скорости воздуха в реакторе активность по иоду практически не зависит.

Длина волны, см -1

Длина волны, см -1

1

2

Длина волны, см -1

Длина волны, см -1

3

4

1 – содержание ФК 0,25 %, скорость воздуха 0,03 м/с

2 – содержание ФК 0,25 %, скорость воздуха 0,09 м/с

3 – содержание ФК 6 %, скорость воздуха 0,03 м/с

4 – содержание ФК 6 %, скорость воздуха 0,12 м/с

Рисунок 6 – Фрагменты ИК-спектров углей

Фрагменты ИК-спектров активных углей, полученных при различных значениях содержания фосфорной кислоты (ФК) и различных значениях скорости воздуха в реакторе при карбонизации/активации, приведены на рисунке 6.

Полоса 1460 см -1, присутствующая на спектрах углей, указывает на наличие ароматических функциональных групп. Интенсивность этой полосы максимальна для величины содержания фосфорной кислоты 0,25 %, для содержания 6 % интенсивность значительно ниже, причем при содержании фосфорной кислоты 6 %, для скорости воздуха в свободном сечении реактора 0,12 м/с интенсивность ниже, чем для скорости 0,03 м/с.

Широкая полоса 1600 – 1700 см -1 характерна для карбонильных групп С=О, находящихся в сопряжении с углеродной матрицей. Кроме того, полоса 1630 см -1 может принадлежать колебаниям карбоксильных групп, которые связаны водородными связями с соседними группировками.

Из данных ИК-спектроскопии можно сделать вывод, что при увеличении содержания фосфорной кислоты в исходном сырье и увеличении скорости воздуха в углях происходит уменьшение содержания смолистых веществ – продуктов карбонизации/активации.

Для активных углей, полученных при скорости воздуха в свободном сечении реактора 0,12 м/с и различном содержании фосфорной кислоты, определена величина удельной поверхности по изотермам адсорбции азота (таблица 2). Текстура исследованных углей – микропористая (все изотермы адсорбции – первого типа по классификации IUPAC, что соответствует мономолекулярной адсорбции азота в микропорах).

Таблица 2 – Удельная поверхность полученных активных углей

Содержание фосфорной кислоты, %

2

4

6

Удельная поверхность по БЭТ, м2/г

471

483

514

Из полученных экспериментальных данных можно сделать выводы, что при использовании в качестве сырья березовых опилок фракции 1-5 мм, наименьшее эффективное содержание фосфорной кислоты, обеспечивающее получение качественных активных углей, составляет от 1 до 2 %. Кроме того, карбонизацию/активацию желательно проводить при скорости воздуха в свободном сечении реактора не ниже 0,09-0,12 м/с, так как при этом процесс протекает наиболее устойчиво, сокращается время его проведения, и из получаемых активных углей более полно удаляются смолистые вещества, образующиеся при карбонизации/активации и блокирующие поры угля, что, в свою очередь, способствует образованию более развитой пористой структуры. Анализируя зависимости суммарной пористости и осветляющей способности по метиленовому голубому от скорости воздуха, можно предположить, что увеличение этих показателей обусловлено увеличением обгара угля и более значительным развитием мезопор, доступных молекулам метиленового голубого.

Из литературных данных известен механизм антипиренного действия фосфорной кислоты для целлюлозы. Фосфорная кислота способствует дегидратации целлюлозы с образованием угля и уменьшению выхода летучих веществ, способных к воспламенению, причем дегидратация целлюлозы, обработанной фосфорной кислотой, происходит при пониженных температурах по сравнению с необработанной целлюлозой. Кроме того, фосфорная кислота при нагревании до температуры выше 150 °С дегидратируется с образованием полифосфорных кислот, а при дальнейшем повышении температуры – полиоксидов фосфора, образующих защитную пленку, изолирующую поверхность от кислорода воздуха. Существует некоторая минимальная величина (для березовой древесины фракции 1-5 мм – 1 %) содержания фосфорной кислоты в древесине, при которой она распределяется по поверхности частиц, образуя защитную пленку, и предотвращает окисление кислородом воздуха древесины с поверхности. В то же время, высокая скорость повышения температуры при протекании процесса карбонизации/активации обуславливает высокую скорость дегидратации целлюлозы. Вполне вероятно, что бурно выделяющиеся при этом пары воды способствуют развитию пористой структуры образующегося активного угля.

Изучение влияния природы древесного сырья

на выход и свойства получаемых углей

Для изучения влияния природы древесного сырья на выход и свойства активных углей получены и исследованы активные угли из различных видов древесного сырья, а также из целлюлозы и гидролизного лигнина енисейского ЦБК (таблица 3).

Таблица 3 – Выход и свойства углей, полученных из различного сырья

Содержание ФК, %

Древесина

Кора

Целлюлоза

Лигнин

береза

сосна

осина

лиственница

береза

лиственница

Выход угля, %

2

21,6

18,6

27,0

24,0

33,3

36,6

16,7

50,0

4

23,0

20,9

28,7

38,9

55,6

40,0

27,1

65,0

Суммарная пористость, см3/г

2

1,1

1,3

1,5

1,1

1,2

1,6

0,6

0,4

4

1,3

1,0

1,5

0,8

0,4

1,2

1,0

0,7

Осветляющая способность по метиленовому голубому, мг/г

2

83

83

27

67

2

58

37

1

4

43

100

75

65

12

45

52

17

Адсорбционная активность по иоду, %

2

50

10

42

11

51

46

39

3

4

53

15

47

15

36

42

46

5

Обменная емкость в Na-форме по NiSO4, ммоль-экв/г

2

1,35

1,00

0,35

0,50

0,30

0,40

0,35

0,60

4

1,54

1,30

0,70

0,60

0,60

0,35

0,86

0,70

Высокий выход углей (таблица 3) в случае использования в качестве сырья лигнина, коры березы и лиственницы объясняется повышенным, по сравнению с древесиной, содержанием лигнина, массовая доля углерода в котором выше, чем в целлюлозе.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»