CC BY
7
УГЛЕРОДНЫЕ АДСОРБЕНТЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИЕЙ КОРЫ ЕЛИ
Бубнова Анастасия Ивановна
Аспирант кафедры химии и химических технологий, Богданович Николай Иванович Д.т.н., профессор, зав.кафедрой химии и химических технологий
Романенко Кристина Александровна
Магистрант кафедры химии и химических технологий САФУ имени М.В.Ломоносова, г. Архангельск
Термохимическое активирование (ТХА) находит все большее применение как один из способов производства углеродных адсорбентов (УА) с развитой и однородной пористой структурой [1,2]. Для анализа влияния режимных параметров синтеза активных углей (АУ) на формирование их пористой структуры был реализован планированный эксперимент, а именно, центральный композиционный рототабельный униформ - план для трех факторов.
В качестве исходного сырья использовали кору ели, отобранную на одном из лесоперерабатывающих предприятий г. Архангельска.
Образцы АУ получали при различных условиях. На первом этапе провели предпиролиз сырья при температу-
рах (Тп/п) от 300 до 500 °С, в результате которой сформировалась первичная пористая структура угля-сырца. В дальнейшем уголь-сырец активировали, используя в качестве активирующего агента гидроксид натрия. ТХА проводили при температурах (Ттха) от 550 до 750 °С.
Адсорбционные свойства активных углей оценивали по адсорбции йода и метиленового голубого (МГ) из стандартных водных растворов. Полученные экспериментальные данные были использованы для построения поверхностей отклика, которые наглядно демонстрируют влияние режимных параметров на выход, удельную поверхность активных углей, адсорбционную способность по йоду и метиленовому голубому (рисунок 1). В таблице 1 представлены сравнительные данные некоторых образцов углей с требованиями ГОСТ.
Таблица 1.
Сравнительные данные образцов с требованиями ГОСТ
Наим-е образца Сорбция по йоду, % Сорбция по МГ, мг/г
КН-4 254 476
КН-8 229 606
КН-14 267 617
КН-18 222 575
Требования ГОСТ 80 225
Дозировка №ОН 150% уд. пов-ть, м2/г>
2000 1500 1000 500 0
^ „Л
Тп/п, °С
! УТХА,
* * ¿Л
Дозировка №ОН 150%
адсорб. активность
по МГ, мг/г 800 "
600
400
200
0
Т
ТХА'
№ОН, %
Тп/п 400 оС
Рисунок 1. Влияние режимных параметров на выход, удельную поверхность, адсорбционную способность по йоду и МГ
Исходя из графиков видно, что дозировка щелочи не оказывает существенного влияния на сорбционные свойства по йоду. Но оказывает положительное влияние на адсорбционную способность по МГ, особенно в области низких температур термохимической активации. Максимальная удельная поверхность рассчитанная по адсорбции йода достигается при наивысшей температуре активации.
Исследования пористой структуры полученных активных углей проводили на приборе ASAP 2020 методом
низкотемпературной адсорбции азота при 77 К и относительном давлении Р/Ро от 0 до 1. С помощью автоматизированной системы был проведен полный анализ объема микро- и мезопор, их распределения по размерам и определена удельная площадь поверхности. Полученные изотермы относятся к I типу изотерм по ИЮПАК, характерной для микропористых твердых тел. Для иллюстрации на рисунке 2 приведены некоторые изотермы адсорбции -десорбции азота, полученные для образцов АУ в различных условиях ТХА.
Hffiuv* Prasujre I ='Pj
Рисунок 2. Изотермы низкотемпературной адсорбции азота
Исходя из рисунка следует, что пористая структура представлена в основном микропорами. Мезопоры присутствуют в небольшом количестве. Изотермы адсорбции-десорбции азота использовались для расчета параметров пористой структуры следующими методами: удельная поверхность образцов рассчитывалась по известному методу БЭТ в интервале относительных давлений 0,05-0,35; по десорбционной ветви изотермы изотермы определяли объемы мезопор (с размером 1,6-50 нм) и их распределение по размерам методом ВаггеА-.Гоупег-На1еМа (ВШ),
\Т
см3/г Х
объемы и распределение микропор по размерам в исследованных образцах оценивались методами Но^аШ-Kаwаzoe (Х-К), Dubinin-Astakhov (Д-А). Объем микропор по всем расчетным методам оказался аналогичен.
Для установки взаимосвязи между значениями удельной поверхности (УП), общего объема пор, объема микро- и мезопор, а также полуширины пор (г) АУ с условиями их синтеза были построены экспериментальные зависимости (рисунок 2).
Рисунок 2. Влияние режимных параметров на формирование пористой структуры АУ по показателю: а -средняя ширина пор по Нorvarth-Кawazoe, нм; б - объем микропор по Но^аГЬ-Кам>агое, см3/г; в - объем микропор по Dubinin-Astakhov, см3/г; г -уд.поверхность по БЭТ, м2/г; д - уд.поверхность по BJH адс., м2/г; е - суммарный
объем пор по БЭТ, см3/г.
По данным низкотемпературной адсорбции азотом выявлено, что оптимальные условия для формирования микропор являются повышенная температура предпиро-лиза (450-500°С) и средний уровень значений температуры ТХА (500-570°С). При этом увеличение дозировки щелочи оказывает незначительное положительное влияние, а значит, ее можно зафиксировать на уровне 100% к а.с.с. без ущерба для параметров пористой структуры.
Таким образом, методом планированного эксперимента были получены активные угли с достаточно высокими показателями адсорбции по йоду и осветляющей способность по МГ, с высоким значением пористости и удельной площадью поверхности пор. Что доказывает их
возможное применение в различных промышленных производствах, в решении проблем экологии и здоровья человека.
Список литературы:
1. Beletskaya M.G., Bogdanovich N.I. The Formation of Adsorption Properties of Nanoporous Materials by Thermochemical Activation. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2014, Vol. 40, No. 7, pp. 717721.
2. Саврасова Ю.А., Богданович Н.И., Макаревич Н.А., Белецкая М.Г. Углеродные адсорбенты на основе лигноцеллюлозных материалов. ИВУЗ Лесной журнал.- 2012.- №1.- Архангельск: С(А)ФУ, 2012, с.107-112.
ДИФРАКЦИЯ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ
Будагян Ирина Фадеевна
Доктор физ.-мат.наук, профессор кафедры КПРЭСМГТУМИРЭА, г. Москва
Становление принципиально новой технологии, особенно в области непосредственной приемопередачи высокочастотного сигнала, происходит не часто. В последние годы появились коммерческие сверхширокополосные системы UWB (UltraWide Band). К достоинствам широкополосной связи технология UWB добавила выдающуюся особенность: изделия на ее основе технически проще большинства аналогичных систем. Суть технологии - передача маломощных кодированных импульсов в очень широкой полосе без несущей частоты. В эфир излучается не гармоническое колебание, а сверхкороткий импульс длительностью порядка наносекунды. Помимо простой передачи информации, интересно применение технологии UWB в области радиолокации.
Представляется целесообразным исследование характеристик рассеяния монохроматических сигналов в широком диапазоне волн и сверхкоротких импульсов на различных объектах. Анализ и исследование волновых процессов проводится с использованием преобразования Фурье-спектра излучаемого сигнала. Рассматриваются наносекундные импульсы единичной амплитуды вида:
1) прямоугольный импульс:
Г1, 0 < t <т s1(t) = \ ,
[0, t < 0, t > т
2) несимметричный гауссов импульс:
\5е У% exp( I 0,
5t,
0 < t
э2а) = ^ /т ^ /т
' г < 0
Преобразование Фурье сигнала s(t) дает спектральную плотность или спектр сигнала
л ж
S (ю) = — _[ .
—ж
Функция $(ю) = (ю)|е •/ф(ю) в общем случае является комплексной.
Графики исследуемых видеоимпульсов приведены на рис.1 для эффективной длительности импульса т = 1 нс (10-9 с) и условно оборваны на какой-то граничной частоте, которая может быть различной в зависимости от решаемой задачи. Понятие граничной частоты югр вводится как значение частоты, на которой отношение модуля спектральной плотности к модулю максимального значения спектральной плотности |S(юI■р)И>S'max(ю)|<0,0L
Рисунок 1. Исследуемые импульсы (слева - форма, в центре - действительная часть спектра, справа - фаза)
