2.3. Отработка методики определения окислительной стабильности углеродных материалов

Для наших исследований необходимо также знать стойкость материалов к воздействию окислителей, то есть активационные параметры образцов. В связи с чем, нами была отработана методика получения кинетических параметров таких как энергия активации и константа скорости в неизотермическом режиме. Хотелось бы отметить, что в ряде работ [43, 44] упоминается о такой методике. В качестве исследуемых образцов были взяты сажи N234 и N234 gr (графитированная).

Окисление проводилось в соответствии с использованием схемы окисления метода КомпАС в токе диоксида углерода. На рисунке 18 представлена эта схема.

Рис. 18. Схема установки окисления образцов

1 - ро­таметр; 2 - склянка с КОН; 3 – детектор - катарометр; 4 - самописец; 5 - трехходовой кран; 6 - квар­цевая трубка; 7 - электропечь; 8 - холодильник; 9 - навеска сажи; 10 – реометр; 11 - термопара; 12 – потенциометр.

Навеску образца, массой 0,5 – 0,75 г., с известной адсорбционной поверхностью помещают в кварцевую трубку 6 и подключают к хроматографу таким образом, что вначале диоксид углерода поступает в сравнительную ячейку детектора - катарометра 3, затем в кварцевую трубку, которую размещают в электропечи 7. Затем газ, через холодильник 8, поступает в рабочую ячейку детекто­ра 3, где измеряется концентраций газа – монооксида углерода. При этом самописец 4 фиксирует кривую изменения количества выделяющегося газа. Температура на протяжении процесса линейно увеличивалась.

2.3.1. Неизотермический режим.

Реакция окисления имеет вид.

(8)

На рисунке 19 представлены полученные данные окисления саж N234 и N234gr.

Рис. 19. Хроматографический пик окисления испытуемых саж в неизотермическом режиме

- сажа марки N234, - сажа марки N234 rg

Следует отметить, что площадь под кривой численно равна выделившемуся СО, который численно равен количеству прореагировавшего технического углерода. Исходя из чего проводятся следующие расчеты:

1. Степень окисления образца на i участке, в [%]

(9)

Где: ∑S_i– площадь пика, [м²]

– Площадь i участка пика, [м²]

Так для первого участка S₁ сажи N234 (см. рис. 28)

2. Количество выделившегося СО на равных временных участках, [г]:

(10)

Где: m(c)- суммарная масса вступившего в реакцию ТУ за весь период окисления, [г]

Для первого участка сажи N234 при температуре окисления 1085 ^оС:

На рис. 20 представлена зависимость выделения монооксида углерода.

Рис. 20 Кривые выделения монооксида углерода для испытуемых саж с разбиением на участки

- сажа марки N234, - сажа марки N234 rg, m_1max - максимальная масса выделившегося СО на 1стадии для сажи N234, [г], m_2max - максимальная масса выделившегося СО на 2 стадии для сажи N234, [г]

Кривые выделения летучих веществ представлены S-образными лини­ями. Выделено 2 стадии см. рис. 21 для сажи N234.

Для наглядности подобного расчета в таблице 4 представлены результаты обработки кривой выделения монооксида углерода для сажи N234 на первом участке в таблице 4. Максимальная масса выделившегося монооксида углерода составляет 0,05г.

Таблица 4