Научная статья на тему 'АНАЛИЗАТОР УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ И ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ'

АНАЛИЗАТОР УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ И ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
50
13
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / СОРБЦИЯ / ИЗМЕРЕНИЕ / ДИСПЕРСНОСТЬ / ПОРИСТОСТЬ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Половнева С. И., Подкаменный Ю. А., Носенко А. А.

Сегодня актуальны поиски автоматизированного устройства, для измерения удельной поверхности дисперсных и пористых материалов, простого в эксплуатации, с высокой скоростью протекания процесса и позволяющего удешевить измерения. Измерение удельной поверхности дисперсных и пористых материалов, широко используется как средство производственного контроля при технологических процессах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «АНАЛИЗАТОР УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ И ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ»

УДК 62-48

С.И. Половнева, Ю.А. Подкаменный, А.А. Носенко

АНАЛИЗАТОР УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ И ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Сегодня актуальны поиски автоматизированного устройства, для измерения удельной поверхности дисперсных и пористых материалов, простого в эксплуатации, с высокой скоростью протекания процесса и позволяющего удешевить измерения. Измерение удельной поверхности дисперсных и пористых материалов, широко используется как средство производственного контроля при технологических процессах.

Ключевые слова: удельная поверхность, сорбция, измерение, дисперсность, пористость.

Удельная поверхность - усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы. Измерения удельной поверхности позволяет проверить степень химического воздействия между твёрдым телом и газом или жидкостью, и является основным фактором контроля во многих промышленных процессах. Информация об удельной поверхности позволяет, например, контролировать сгораемость твёрдого тела, степень растворяемости порошка в жидкости, способность конструкционного материала противостоять климатическим условиям, способность катализатора ускорять химическую реакцию и эффективность адсорбера в процессе удаления загрязняющих веществ.

Известен адсорбционный способ измерения удельной поверхности сыпучих материалов, позволяющий измерять полную поверхность частиц с учетом пор и трещин, на основе газовой низкотемпературной физической адсорбции азота или аргона [1]. Метод низкотемпературной адсорбции азота, называемый методом Брунаэра, Эммета и Теллера (сокращенно БЭТ), по сравнению с другими методами газовой адсорбции хорошо обоснован как в теоретическом, так и в экспериментальном отношении и позволяет измерить поверхность в диапазоне от 0,1 до 2000 м2/г с относительной погрешностью 2-5%.

Недостатки метода БЭТ:

1. Необходимость тренировки образца, которая предусматривает выдержку образца в потоке газа-носителя при значительных температурах (более 200°C). Многие образцы при таких температурах разрушаются.

2. Необходимость работы с жидкими газами, т.к. адсорбция идёт при очень низких температурах, порядка -180 ^-200 °С.

3. Применение дефицитных благородных газов, таких, как аргон и гелий.

4. Низкая скорость процесса адсорбции, следовательно, и низкая производительность установки, реализующей способ.

5. Неавтоматизированность способа, что способствует повышенных мер безопасности при использовании.

6. Высокая себестоимость анализа.

Причина недостатков заключается в самом способе из-за применения низкокипящего га-за-адсорбата, при использовании которого процессы адсорбции и десорбции протекают медленно. Для достижения динамического равновесия и адсорбции (осаждения) молекул газа на поверхности частиц пробы необходимо охладить ее до сверхнизких температур. Этого можно достичь, применяя кипящий или сжиженный газ, попадание которого на кожу человека вызывает ожог. Из практики известно, термостат (криостат) на жидком газе трудно автоматизировать.

Однако все эти недостатки препятствуют внедрению данного метода на предприятиях, что послужило причиной разработки нового метода, так называемого высокотемпературного метода тепловой десорбции (ВМТД).

© Половнева С.И., Подкаменный Ю.А., Носенко А.А., 2013.

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2013. №95(20).

Общими признаками заявляемого способа со способом-аналогом являются адсорбция молекул газа на измеряемой поверхности пробы, возможность измерять полную поверхность частиц (с учетом пор и трещин).

Технический результат заявляемого метода заключается в сокращении времени измерения в 3-4 раза при обеспечении основной относительной погрешности, не превышающей ±5%, повышении производительности измерительного устройства путем исключения ручных операций переноса адсорбера и отказа от применения дорогих инертных газов и опасного сжиженного газа в качестве хладагента.

Технический результат заявляемого способа, может быть, достигнут при использовании в качестве адсорбата, например, паров воды, бензола, четыреххлористого углерода и других вы-сококипящих соединений.

Технический результат заявляемого изобретения достигается применением в способе определения удельной поверхности дисперсных и пористых материалов адсорбата с температурой кипения выше нуля градусов Цельсия. Применение адсорбата с плюсовой температурой кипения (выше нуля градусов Цельсия) ускоряет процесс адсорбции, так как движение молекул при низких температурах замедленно. Кроме того, создавать и регулировать плюсовые температуры проще технически и становится возможным применение автоматического регулирования температуры адсорбции и десорбции с помощью стандартных воздушных электрических термостатов. В свою очередь возможность применить воздушные электрические термостаты адсорбера с заданием температуры адсорбции и десорбции позволяет отказаться от стеклянных криостатов (сосуд Дьюара) и от использования жидкого азота как хладагента, исключить ручную операцию по переносу адсорбера с пробой после завершения процесса адсорбции из одного термостата (сосуд Дьюара) в печь для отепления и десорбции молекул адсорбата с измеряемой поверхности пробы, что снижает себестоимость анализа и повышает безопасность работ и дополнительно сокращает время анализа.

Применение воздуха вместо гелия в качестве газа-носителя удешевляет анализ, позволяет исключить рабочие операции с сосудами под высоким давлением, то есть повышает безопасность работ.

Для испытания заявляемого способа и устройства был изготовлен опытный образец устройства для определения удельной поверхности дисперсных и пористых материалов.

Экономический эффект:

- отказа от применения дорогих инертных газов и опасного сжиженного газа в качестве хладагента;

- низкая себестоимость анализа (ниже в 5 раз);

- сокращение времени измерения в 3-4 раза при обеспечении основной относительной погрешности, не превышающей ± 5 %

Контингент покупателей анализатора:

-производство катализаторов и пигментов

- заводы по производству технического углерода

- цементная промышленность

- заводы по производству глинозема для алюминия

- научно-исследовательские и учебные лаборатории

Рис. 1. Внешний вид анализатора удельной поверхности дисперсных и пористых материалов

Библиографический список

1. Грег, Синг Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1972. 300 с.

2. Киселев А.В. Межмолекулярные взаимодействия в адсорбционной хроматографии. М.: Высш. шк., 1986, С. 23.

3. Патент RU 2248553, G01N 15/08, опубликован 20.03.2005.

4. Патент RU 2376582, G01N15/08, опубликован 20.12.2009 (Половнева С.И., Захаров А.М., Головных И.М.)

ПОЛОВНЕВА Светлана Ивановна - кандидат технических наук, член корр. РМА., научный руководитель «СИНЦ», зам. директора НОЦ «Автоматика», доцент кафедры АПП Иркутского государственного технического университета.

ПОДКАМЕННЫЙ Юрий Александрович - студент химико-металлургического факультета Иркутского государственного технического университета.

НОСЕНКО Алексей Андреевич - студент химико-металлургического факультета Иркутского государственного технического университета.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.