- •Диссертация
- •1. Введение
- •2. Литературный обзор.
- •2.1. Строение и свойства технического углерода.
- •2.1.1. Строение и механизм образования технического углерода [2,3].
- •Рентгеноструктурный анализ.
- •Электронная микроскопия.
- •2.1.2. Свойства технического углерода и методы их анализа [7]. Дисперсность
- •Пористость
- •Структурность.
- •2.1.3 Адсорбционные свойства. Методы исследования.
- •2.1.4. Метод комплексного анализа саж (метод ''КомпАс'').
- •2.1.5. Метод дериватографии [41].
- •2.2. Способы получения саж [7,42].
- •2.2.1 Получение печной сажи
- •2.2.2. Получение Канальной сажи [3].
- •2.2.3. Получение термической сажи [7].
- •2.2.4 Получение ацетиленовой сажи [7].
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Постановка задачи исследования.
- •3.2. Характеристика объектов исследования.
- •3.3. Методика проведения исследования и описание лабораторной установки.
- •3.4. Полученные результаты и их обсуждение.
- •Однако следует заметить, что более интенсивное окисление наблюдается у печной сажи. Это закономерность подтверждается также при проведении опыта в изотермических условиях. (рис. 3.6)
- •4. Выводы.
- •Список литературы
2. Литературный обзор.
2.1. Строение и свойства технического углерода.
2.1.1. Строение и механизм образования технического углерода [2,3].
До двадцатого столетия технический углерод вырабатывали преимущественно для производства черных красок и типографских чернил. В то время он использовался только как красящий агент, а не как усиливающий компонент. Только в 1912 г. было установлено, что введение технического углерода (сажи) в каучук резко влияет на свойства резины, получаемой из этой резиновой смеси, и с тех пор развитие производства сажи неразрывно связано с развитием резиновой промышленности .
Сажа представляет собой тонкодисперсное порошкообразное частично кристаллическое вещество, образующееся при сжигании или термическом разложении газообразного или жидкого углеводородного сырья. Установлено, что сажа состоит из частиц размером от 9 до 600 ммк., которые образуют более или менее разветвленные цепочки, так называемые сажевые структуры.. Следует отметить, что сажа является полидисперсным веществом: в образце сажи одного и того же вида имеются частицы различной величины. Размеры частиц сажи можно определить с помощью электронного микроскопа и методом рассеяния рентгеновских лучей .
Единой теории, объясняющей механизм образования частиц сажи, нет . Упрощенно этот механизм можно представить следующим образом. Под действием высокой температуры молекулы углеводородов распадаются на свободные углеводородные радикалы и атомы водорода. Взаимодействие радикалов друг с другом приводит к образованию новых радикалов и молекул термостойких соединений, которые служат основой будущих сажевых частиц. К ним присоединяются образующиеся в зоне реакции новые углеводородные радикалы; происходит формирование атомов углерода в кристаллические образования, а сажевых кристаллитов — в частицы сажи.
Скорость процесса термического разложения углеводородов зависит от температуры в реакционной зоне. Чем выше температура, тем больше скорость процесса и, следовательно, тем большее количество сажевых частиц будет сформировано в каждый данный момент. Так как количество исходного материала ограничено, диаметр сажевых частиц будет тем меньше, чем выше температура процесса. Для получения более дисперсной сажи повышают температуру и сокращают время пребывания частиц сажи в зоне реакции.
Предотвратить рост сажевых частиц можно также, понижая концентрацию разлагаемого углеводорода. Это достигается разбавлением углеводородов азотом или водородом при получении термических саж из природного газа. Если в качестве исходного сырья используют только природный газ, то образуется сравнительно малодисперсная сажа с удельной поверхностью 12—16 м2/г. При разложении смеси 50 объемн.% природного газа и 50 объемн.°/о отходящих газов производства, содержащих около 90 объемн.% водорода, получается сажа с удельной поверхностью 20 м2/г.
Скорость процесса резко возрастает, если в исходном сырье содержатся многоядерные углеводороды. Присутствие в исходном углеводороде до 1 % кислорода или окиси этилена также повышает скорость образования сажевых частиц. Наоборот, добавление к сырью пропилена или окиси азота замедляет процесс.
При формировании сажевых частиц происходит их соударение, при котором они связываются между собой, образуя пространственные структуры сажи.
Процесс структурирования протекает более интенсивно при разложении многоядерных ароматических углеводородов. При большой концентрации водорода сажа получается менее структурной.
На структурирование сажевых частиц оказывают влияние температура процесса, время пребывания частиц сажи в зоне реакций и аэродинамические условия.