Классификация углеродных материалов 6.2.8. Углеродные носители Алмаз и

Классификация углеродных материалов 6.2.8. Углеродные носители

Алмаз и графит: фазовая диаграмма состояния углерода УДА – ультрадисперсный детонационный алмаз

Алмаз и графит: основные политипы

Механизм превращения алмаза в графит

Формирование луковичного углерода из ультрадисперсного детонационного алмаза (УДА)

Фуллерены Получение: Лазерное или электродуговое испарение графита с последующей сублимацией или экстракцией бензолом из конденсата (сажи) смеси фуллеренов и их хроматографическим разделением

Модели цепочек А) -карбина, Б) -карбина и В) модель их упаковки (по Хейманну) a = 1.379 Å, b = 1.282 Å, c = 1.207 Å Карбины (полиацетилены, поликумулены) Химические свойства:  В кристаллическом состоянии весьма инертны в отношении различных окислителей,  - карбин легко трансформи-руется в алмаз (при контакте с УДА – уже при обычном давлении) Получение: ● Отщепление HCl из хлорсо-держащих полимеров (ПХВ), ● Окислительная дегидро-поликонденсация ацетилена

Термодинамика наноразмерных форм углерода

Смешанные (переходные) формы углерода

1. Активированные (активные) угли (АУ) Технологические стадии производства активированных углей Подготовка углеродсодержащего сырья (дробление, формование, пропитка добавками, способствующими протеканию последующих стадий) Обугливание материала прокаливанием (500-1000С) без доступа воздуха Активация (газификация) кокса в токе газа-окислителя (400-900С) или без его доступа при действии химического активатора (600-800С) Охлаждение Экстракция минеральных примесей Сушка Сырьё Древесина, торф, растительные остатки (скорлупа, шелуха и др.) Целлюлоза, лигнин Битумы Каменный уголь Каменно-угольные пеки и смолы Синтетические смолы и волокна Газы-активаторы СО2 Воздух Водяной пар Химические активаторы соли: ZnCl2, K2S кислоты: H3PO4, H2SO4 щелочи: NaOH

Характеристики активированных углей  Свойства АУ зависят от вида предшественника и способа его превращения в АУ

Микроструктура частиц АУ Косточковый уголь Применение АУ в катализе

2. Технический углерод (сажа)

Микроструктура и морфология сажевых частиц

Микроструктура сажевых частиц

Взаимосвязь удельной поверхности (SБЭТ) и среднего размера первичных глобул (D) для различных низкоструктурных саж SБЭТ (м2/г) = 3333/D (нм) Удельная поверхность низкоструктурных саж

Характеристики саж

Получение печных саж

Регулирование размеров первичных глобул: Температура пламени горелки (природа газа, соотношение газ/воздух и их температура) Скорость подачи жидкого сырья и специальных добавок Профиль температуры в зоне разложения сырья Время пребывания продуктов пиролиза в горячей зоне Регулирование пористости сажевых частиц: Время пребывания продуктов пиролиза в горячей зоне и температура офф-газов Регулирование морфологии агрегатов из первичных глобул

Текстура частиц различных печных саж Black Pearls 2000 (1500 м2/г) Ketjenblack DJ-600 (1400 м2/г)

3. Пироуглерод и пироуглерод-сажевые композиционные материалы семейства Сибунит

Ассортимент изделий на основе Сибунита

Характеристики носителей Сибунит

4. Каталитический волокнистый углерод (КВУ) Технологические стадии производства КВУ Синтез катализатора Ni/Al2O3, Fe/Al2O3, Co/Al2O3, Ni-Cu/Al2O3, Ni-Co/Al2O3 и др. (А) Каталитическое разложение природных газов при 625-800С в кипящем слое катализатора с образованием и ростом углеродных нитей (В, С) Удаление катализатора

Микроструктура частиц различных КВУ «Рыбья кость» «Колода карт» «Нанотрубка»

Характеристики КВУ

5. Схема получения углерод-углеродных композитов на основе принципа каталитического пиролиза углеводородов V.A. Likholobov, V.B. Fenelonov, L.G. Okkel, G.V. Goncharova, L.B. Avdeeva, V.I. Zaikovskii, G.G. Kuvshinov, V.A. Semikolenov, V.K. Duplyakin, O.N. Baklanova, G.V. Plaksin, React. Kinet. Catal. Lett., V. 54, 1995, p. 381. Сибунит-КВУ Сажа-КВУ КВУ-КВУ УДА-КВУ

6. Синтез углеродных носителей из пироуглерод-минеральных композиционных материалов

Квазиграфитовые углеродные материалы в катализе  Широкий диапазон использования квазиграфитовых углеродных материалов обусловлен широким диапазоном вариации их текстурных и микроструктурных свойств, а также химического состояния поверхности

Положение различных квазиграфитовых углеродных носителей в поле параметров их пористой структуры Мезопористые угли 1. Сибунит 2. С-С композиты 3. КВУ Микропористые угли 4. Коммерческие АУ 5. С-С композиты 6. Молекулярные сита Макропористые угли 7. Сибунит 8. Угли, полученные из углерод-минеральных композитов

Модели микроструктуры углеродного каркаса квазиграфитовых углеродных тел А - пачечно-бахромчатая модель, Б - модель молекулярно-ленточного войлока, В - модель "комка мятой бумаги", Г - модель микроструктуры сажевой частицы

Нанотекстура поверхности квазиграфитовых углеродных материалов

Методы идентификации и количественного анализа ТПД, кислотно-основное титрование ЭПР, адсорбция спиновых ловушек Измерение «активной поверхности», ASA Адсорбция H2PdCl4 – образование -комплексов Селективное окисление растворами KMnO4 Подходы не развиты Химическое состояние поверхности квазиграфитовых углей

Термодеструкция поверхностных группировок

Электрохимические свойства и степень окисленности поверхности углей