Получение и исследование пористых углеродных материалов, полученных путем карбонизации и физической активации растительной клетчатки

Успехи в хумии и химической технологии. ТОМ XXVIII. 2014. № 6

УДК 541.183

В. В. Павленко1, Л. В. Смирнов2, Т. В. Конькова2, С. А. Ануров2

казахский национальный университет имени аль-Фараби, 050040, г. Алматы, Республика Казахстан г. Алматы, пр. аль-Фараби, 71

2Российский химико-технологический Университет имени Д.И. Менделеева, 125480, Москва, Россия Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПУТЕМ КАРБОНИЗАЦИИ И ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТЧАТКИ

Из растительной клетчатки получены микропористые и микро- мезопористые углеродные материалы, характеризующиеся высокой удельной поверхностью, которые могут быть использованы в качестве активных углей. Исследованы их физико-химические характеристики, элементный состав, определен состав функциональных групп, а также исследованы особенности их пиролиза в инертной атмосфере.

Ключевые слова: растительная клетчатка, карбонизация, парогазовая активация

В работе исследована возможность получения активных углей на основе растительной клетчатки. Исследованы процессы пиролиза и физической активации лигноцеллюлозных материалов на основе скорлупы абрикосовой косточки и грецкого ореха, включающие определение оптимальных условий парогазовой активации углеродных матриц, полученных путем карбонизации исходных прекурсоров в вакууме. Установлена зависимость температуры процесса, его продолжительности и прочих технологических факторов, влияющих на качество конечных продуктов (насыпную плотность, степень обгара, удельную поверхность и т.д.).

Методом рентгено-флуоресцентного анализа был установлен элементный состав исходных и полученных образцов. Также определена зольность косточек абрикоса и грецкого ореха, не превышающая 0,5 % от общей массы.

Методом ИК-Фурье спектрометрии в образцах определен состав функциональных групп, так в исходных образцах обнаружены интенсивные полосы, соответствующие характеристическим полосам поглощения карбонильной группы, однако при повышении температур карбонизации от 500 до 900оС они исчезают, таким образом карбонильные группы разлагаются с выделением СО2. Исходные образцы характеризуется интенсивными полосами, соответствующими целлюлозе, также повышение температуры карбонизации приводит к уменьшению интенсивности этих полос, а затем и к полному их исчезновению.

Для изучения процессов пиролиза растительной клетчатки применялись методы термогравиметрического анализа,

дифференциально-термического анализа и дифференциально-сканирующей калориметрии. Измерения проводились путем нагревания

навесок, массой 80 мг в керамическом тигле в инертной атмосфере до 700o C. В ходе исследования процесса пиролиза образцов абрикосовой косточки в полученных диаграммах ДСК, снятых на приборе METTLER Stare SW 8.10. при температуре до 973 К были обнаружены четыре характерных стадии пиролиза, первая стадия - эндотермическая, имеющая теплоту -2852,59 мДж и три экзотермических стадий, теплота которых, рассчитанная интегральным методом составила 7885,47 мДж.

Анализ пористой структуры и общей удельной поверхности исследуемых материалов с использованием автоматической сорбционной установки «Nova 1200e», доказал, что определяющий вклад в формирование высокоразвитой пористой структуры вносит стадия парогазовой активации карбонизатов. Исследование линейных изотерм

адсорбции/десорбции в образцах, полученных парогазовой активацией карбонизатов абрикосовой косточки, показало что общая удельная поверхность, рассчитанная по методу БЭТ составляет 560 м2/г, общий объем пор 0,3 см3/г, объем микропор, рассчитанный по методу Дубинина-Радушкевича - 0,266 см3/г. В образцах, полученных парогазовой активацией карбонизата скорлупы грецкого ореха, Ббэт достигает 757 м2/г, Vn 0,5 см3/г, Уми составил 0,354 см3/г.

Проведенные исследования свидетельствуют о возможности применения скорлупы грецкого ореха и абрикосовой косточки, являющихся сельскохозяйственными отходами в качестве доступного исходного сырья в производстве качественных активированных углей, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности.

Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXVIII. 2014. № 6

V.V. Pavlenko1, L. V. Smirnov2, T. V. Konkova2, S.A. Anurov2

1 Al-Farabi Kazakhstan national university, Republic Kazakhstan, Almaty, 050040, Kazakhstan, Almaty, avenue al-Farabi, 71

2 D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. 125480, Russia, Moscow, street of Heroes Panfilovtsev, 20, building 1

ECEPTION AND RESEARCH OF THE POROUS CARBON MATERIALS RECEIVED BY CARBONIZATION AND PHYSICAL ACTIVATION OF VEGETATIVE CELLULOSE

Abstract

From vegetative cellulose are received microporous and mikro - the mesoporous carbon materials characterised by high specific surface which can be used as active coals. Their physical and chemical characteristics, element composition are investigated, composition of functional groups is defined, and also features of their pyrolysis in inert atmosphere are investigated.

Keywords: vegetative cellulose, carbonisation, steam-gaseous activation