Свойства пористых углеродных материалов типа сибунита

Параметр	Сибунит	Активные угли
Удельная адсорбционная поверхность, SБЭТ, м2/г	2-800	600-1800
Объем пор, см3/г	0.2-1.2	0.2-1.2
микро	0.01-0.15	0.2-0.6
мезо	0.2-0.8	0.1-0.3
макро	0.1-0.7	0.1-1.0
Средний радиус пор, нм	4-200	<1.5, >100
Массовая доля золы, %	<1	>1-3
Прочность при раздавливании, кг/см2	40-200	5-60

Видно, что отличительными чертами композитов яв­ляются регулируемая удельная поверхность и пористая структура. Компо­зиционные материалы имеют высокую термическую стабильность и химическую стойкость в окислительных средах, значительно пре­вышающую стойкость активных углей [28, 29].

Если биопористая структура традиционных углей имеет микро - макропористый харак­тер, то углеродные композиты являются пре­имущественно мезопористыми материалами. Объем мезопор в них может достигать 0,2-0.8 см³/г. Подбором исходного сырья и усло­вий получения можно регулировать положе­ние максимума распределения мезопор в ди­апазоне 4-400 нм. Отдельные марки компо­зитов могут иметь высокое содержание макропор (до 0.4-0.6 см³/г) с размером R = 100-2000 нм и низкую удельную поверхность (не более 2-10 м²/г). По параметрам пористой структуры такие материалы являются ана­логами широкопористых оксидных носителей, например α-оксида алюминия. Другие марки композитов могут иметь мезо - макропористую структуру с характерными размерами и рас­пределением пор в указанных выше диапа­зонах. Композиты имеют низкое содержание микропор размером.,0.4-1.5 нм, которое обыч­но не превышает 5-7 % суммарного объема пор. Однако отдельные марки сибунита мо­гут иметь объем микропор до 0.1-0.15 см³/г. Важнейшим достоинством композиционных материалов является их высокая механическая прочность при раздавливании и истира­нии, которая значительно превышает уро­вень прочности известных пористых углерод­ных материалов, производимых традицион­ными методами. Уровень механической проч­ности коррелирует в первую очередь с сум­марным объемом пор и удельной поверхнос­тью. Так, прочность мезопористых компози­тов с объемом мезопор 0.4-0.8 см³/г состав­ляет 70-150 кг/см², у высокопористых мате­риалов она может снижаться до уровня 60-70 кг/см². У макропористых материалов с высокими значениями объема пор и низкой удельной поверхностью прочность может до­стигать 200 кг/см², а в отдельных случаях -500 кг/см² [31, 32].

1.2. Углеродные нановолокна

В рамках данной работы получение углеродного материала для процессов сорбции планировалось проводить в соответствии с методикой получения УМ типа сибунита. Отличие заключалось в том, что вместо ТУ нами были взяты углеродные нановолокна. 1.2.1. Композиционные материалы, на основе УНВ

Успешное использование УНВ в матрице показано в ряде работ. Так работе [36] говориться о том, что углеродные нановолокна (УНВ) могут быть использованы как усиливающие наполнители матриц УУКМ. Авторы отмечают, что УНВ могут заменить традиционно используемые в качестве наполнителей матриц углеродные волокна получаемые карбонизацией волок­нистых органических полимеров (преимущественно целлюлозы, полиакрилонитрила) или пековых волокон [37 - 40] так как по своим свойствам они не уступают этим волокнам и обладают более низкой стоимостью.

Также авторы работы [37] говорят, что для усиления структуры композитов углеродные нановолокна вводят в матрицу, представляющую собой полимер (органический или неорганический) или металл. В работах [33,34] отмечается, что в качестве органической полимерной матрицы можно использовать полиамиды, полиэфиры, полиимиды, полифенилены. полиуретаны или эпоксидные смолы; неорганической полимерной матрицей могут служить керамические материалы (оксид алюминия, карбид кремния, нитрид бора) или стекло, а металлической - алюминий, магний, свинец, медь, олово, титан, ниобий, гафний или их сплавы. При этом авторами [38] обращают наше внимание на то, что необязательно применять дискретные волокна, так как УНВ может быть также получено в виде волокнистой сетки на поверхности подложки, в качестве которой используют жидкие олигомеры.

Таким образом, отмечается использование УНВ в композиционных материалах, в качестве добавок.

Предоставленная информация позволяет нами сделать предположение, что УНВ проявят свою эффективность и в углеродной матрице при создании УУКМ, направленных на сорбцию.

Рассмотрим морфологию УНВ.