Введение к работе
Актуальность темы. Разнообразные свойства углеволокнистых мате-шалов (УВМ) определяют широкие возможности их применения. На на-іальной стадии разработки они использовались в основном для нужд во-нно-промышленного комплекса, однако, в связи с сокращением государ-твенных заказов и конверсией, возникла острая необходимость нахожде-шя новых областей применения УВМ. В этих условиях особого внимания аслуживаюг активированные углеродные волокна (АУВ), так как в них ючетается высокоразвитая пористость с такими ценными свойствами уг-[еродных волокон (УВ) как термическая и химическая стойкость, электро-іроводность, малая плотность и т.п. Такое сочетание позволяет успешно іспользовать эти материалы в химической промышленности - для рекупе->ации растворителей, очистки газообразного и жидкого сырья, как носи-ели катализаторов; в пищевой промышленности - при производстве саха-5а, в виноделии, для очистки и рафинирования масел; в медицине - для )чистки крови, создания перевязочных средств; в электрохимических си-ггемах в качестве электродов; в экологических целях - как эффективные юрбенты для удаления загрязнений из газообразных и жидких сред.
Традиционно в качестве исходного сырья для получения АУВ ис-тользуют гидратцеллюлозные (ГЦ), полиакрилонитрильные (ПАН) и фе-яольные УВМ. Однако применение таких АУВ в определенной степени ограничено сложностями технологического процесса получения и ростом стоимости исходных УВ. Необходимо отметить, что использование относительно недорогого исходного сырья не полностью решает проблему получения дешевых АУВ. Разработанная технология активации, связанная со структурными особенностями исходных УВ на основе ГЦ и ПАН, требует проведения этого процесса в специальных средах - парах воды или углекислом газе, что заметно усложняет процесс и его аппаратурное оформление.
-4-В связи с этим особую актуальность приобретает разработка процесса получения АУВ из дешевого исходного сырья - изотропного пека (ИП) -путем активации УВ в среде кислорода воздуха. В свою очередь особенность структуры исходных УВ из пека требует специального изучения строения поверхности полученных АУВ и оценки перспектив их эффективного применения.
Цель работы. Получение активированных углеродных волокон на основе изотропного пека (ИП), исследование их свойств и возможностей эффективного применения.
Основные задачи исследований:
сравнительное изучение процесса активации кислородом воздуха УВ из различного сырья;
оптимизация параметров активации УВ из ИП;
разработка принципиальной технологической схемы активации и ее аппаратурного оформления;
исследование сорбционных и электрохимических свойств получаемых АУВ;
определение возможностей применения АУВ в качестве сорбента;
разработка конденсатора-накопителя с электродами из АУВ, рассчитанного на высокие разрядные токи.
Научная новизна.
1. Впервые проведены сравнительные исследования возможности активации кислородом воздуха УВ с различной морфологической структурой: фибриллярной (волокна на основе ГЦ и ПАН) и бесфибриллярной, стеклоуглеродной (волокно на основе ИП). В результате этих исследований теоретически обоснована и экспериментально показана принципиальная возможность активации воздухом УВ со стеклоуглеродной структурой
2. Установлен характер зависимости структуры и сорбционных
войств АУВ от основных параметров процесса активации: температуры,
родолжительности процесса, количества кислорода, а также среднего
иаметра филаментов.
-
Разработана методика изучения свойств сорбентов в динамических словиях, позволяющий определять основные характеристики сорбента в сжиме, приближенном к условиям эксплуатации.
-
С помощью разработанного метода исследован процесс развития ористой структуры АУВ из ИП в ходе их активации. Предложен меха-изм этого процесса.
-
Методами статической и динамической сорбции изучены свойства оверхности АУВ из ИП и их сорбционные характеристики.
-
Впервые проведены электрохимические исследования поведения ктивированных и неактивированных УВ на основе ИП в концентрнро-анной серной кислоте.
Практическая ценность.
-
Разработан процесс активации АУВ из ИП кислородом воздуха и ыявлен критерий глубины окислительного травления этих волокон возду-ом, позволяющий наиболее эффективно контролировать процесс их акти-ации.
-
В лабораторных условиях получено АУВ на основе ИП с удельной юверхностью до 700 м2/г. Показана эффективность применения его в ка-іестве сорбента, обладающего сорбционной емкостью по бензолу 0,197 г/г, олуолу - 0,173 г/г, ацетону - 0,480 г/г, этилцеллозольву - 0,231 г/г.
-
Разработана принципиальная технологическая схема процесса ак-ивации УВ из ИП и ее аппаратурное оформление.
-
На основе полученного АУВ разработан стабильный во времени :ильноточный двойнослойныи конденсатор-накопитель энергии емкостью
-400 Ф и сопротивлением ~ 0,015 Ома, обеспечивающий ток разряда -700А.
В НПП "Автор" были внедрены следующие результаты проведенной работы:
-
Результаты исследований процесса активации УВ из ИП при разработке технологии и аппаратурного оформления опытного потока получения АУВ;
-
Результаты исследований электрохимических характеристик АУВ из ИП при создании действующего макета конденсатора-накопителя типа ДСК.
Автор защищает:
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование процесса активации УВ из ИП кислородом воздуха;
-
Основные закономерности процесса получения углеволокнистых сорбентов из УВ на основе ИП;
-
Выявленные закономерности электрохимических свойств УВ из ИП;
-
Конструкцию и основные параметры двойнослойного конденсатора с электродами на основе АУВ емкостью до І 00 Ф и током разрядки до 700 А.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на: межотраслевой научно-практической конференции "Применение новых видов волокон для решения экологических задач в различных отраслях народного хозяйства", г. Мытищи, НПО "Химволокно", 1993г.; IX международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-95", г. Москва, РХТУ, 1995г.;
-7-а кафедре химической технологии углеродных материалов РХТУ, г. Іосква, 1996г.
Публикации. Основные положения работы изложены в 5 статьях и 1 езисах доклада.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, лите-атурного обзора, методической и экспериментальной части, выводов, писка использованной литературы, включающего 111 наименований ра-от отечественных и зарубежных авторов.
Работа изложена на 152 странице машинописного текста, содержит О рисунков, 17 таблиц и приложение, в котором приведено заключение lO "Промышленно-финансовая компания "Внедрение" о результатах ис-ытания разработанного конденсатора-накопителя.
