1.2 Перспективы использования в пкм углеродных материалов

В настоящее время среди современных сорбционных материалов активированное углеродное волокно (УВ) с развитой системой пор и высокой сорбционной активностью занимает особое место, что существенно расширяет возможности их применения и повышает их эффективность в системах очистки водных сред, газовоздушных выбросов и защиты жизнедеятельности человека.

Резкое обострение экологических проблем в результате усиливающего техногенного воздействия на окружающую среду, многоцелевое назначения углеродных волокон и большая востребованность таких материалов диктует необходимость совершенствования способов их получения.

Из фундаментальных работ известно, что сорбционно-кинетические свойства углеродных волокнистых материалов определяет макроструктуру УВ, в формирование которой, наряду со свойствами волокна прекурсора, определяющее значение имеет технология получения собственно углеродного волокна. В связи с этим рассмотрена роль пиролитических добавок в формировании макроструктуры активированных углеродных волокон, оказывающей существенное влияние на диффузию различных реагентов в условиях сорбции, что определяет в итоге кинетику и эффективность протекания адсорбционных процессов.

В качестве прекурсора УВ использованы такие полимерные волокна как, поливинилспиртовое (ВПС) и активированное углеродное (АУВ), а пиролитическими добавками для ПВС волокна служили ортофосфат и полифосфат аммония (ПФА), для АУ волокна – мочевина/H₃PO₃ и гидразин фосфорнокислый (ГФК).

Углеродные волокна получали на пилотной установке при температуре карбонизации 800⁰ С в инертной среде. При получение УВ из ПВС волокна перед стадией карбонизации проводили окисление полимера при 200⁰ С, которое обеспечивало в результате протекания дегидратации и вторичных реакций конденсации структурирование полимера с потерей его термопластичности.

Для получения сорбентов карбонизованные углеродные волокна подвергали процессу активации – селективному травлению, в ходе которого отложения в порах и дефектах структуры волокна вторичного углерода, образующегося в результате разложения продуктов распада, газифицируется при действии активирующего агента и удаляются, что приводит к формированию пористой структуры.

Активацию карбонизованных волокон проводили путем их окисления в парах воды при температуре 800⁰ С, продолжительности 30 мин. и соотношения УВ/пар 1: 5. Выбор в качестве активирующего агента H₂О был обусловлен протеканием эндотермической реакции окисления углерода и повышенной диффузии паров H₂О благодаря небольшому размеру молекул, в результате чего обеспечивается повышенная скорость взаимодействия H₂О с углеродными материалами.

Активации были подвергнуты образцы углеродных волокон, полученных на основе ПВС и АУВ прекурсов с использованием различных пиролитических добавок – это волокна УВ-1, УВ-2, УВ-3 и УВ-4, условия получения которых приведены в табл.1.[8, 9]

Таблица 1. Условия получения углеродных волокон из ПВС и АУВ прекурсоров

Образ-ец	Прекур-сор	Пиролитичес-кая добавка	Условия термоокисления ПВС и пиролиза ГЦ		Температура карбониза- ции, 0С	Вых- од УВ,%
			Т, 0С	τ, ч
УВ-1 УВ-2 УВ-3 УВ-4	ПВС ПВС АУВ АУВ	(NH4)3PO4 ПФА Мочевина/H3PO4 ГФК	190 190 200 200	16 16 16 16	800 800 800 800	50 45 25 28

Таким образом, для расширения областей применения разрабатываемых ПКМ АУВ является ценным компонентом этих композитов.