Инверсионная газовая хроматография в исследовании адсорбционных свойств поверхности непористых углеродных материалов

• Автор: Светлов, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Состав и структура поверхности различных типов саж

1.1.1. Морфология сажи

1.1.2. Номенклатура и классификация саж

1.1.3. Химия поверхности углерода

1.1.4. Стандартные методы оценки основных характеристик саж

1.2. Методы изучения свойств поверхности углеродных адсорбентов

1.2.1. Методы электронной микроскопии

1.2.2. Рентгеновские методы. Рамановская спектроскопия

1.2.3. Методы статической адсорбции
1.3. Инверсионная газовая хроматография в изучении геометрической и энергетической неоднородности поверхности твердого тела
1.3.1. Определение дисперсионных свойств твердой поверхности
1.3.2. Изучение специфических взаимодействий твердой поверхно
1.3.3. Исследование геометрической неоднородности.
1.3.4. Инверсионная газовая хроматография при бесконечном раз бавлении
1.3.5. Инверсионная газовая хроматография при конечных концен трациях
1.3.6. Использование углеродных материалов в хроматографии
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИСС ЛЕДОВ АН ИЯ
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Физикохимические и структурные свойства различных типов сажи
2.1.2. Физикохимические и свойства молекул сорбатовзондов
2.2. Методы исследования
2.2.1. Подготовка образцов сажи к ИГХанализу
2.2.2. Проведение эксперимента в условиях инверсионной газовой хроматографии
2.2.3. Алгоритм проведения расчетов термодинамических характе ристик сорбции в условиях газоадсорбционной хроматографии
3.1. Энергетическая неоднородность поверхности саж в области бес конечно малого заполнения поверхности
3.1.1. Параметры адсорбционного равновесия в оценке степени энерге тической неоднородности
3.1.2. Дисперсионный компонент свободной энергии поверхности 6 твердого тела у
3.1.3. Специфический компонент свободной энергии поверхности 3 твердого тела .Г
3.1.4. Параметры модели МакРейнольдса
3.2. Инверсионная газовая хроматография при бесконечном разбавле 4 нии в исследовании геометрической неоднородности и фрактальной размерности углеродных адсорбентов
3.3. Селективность разделения стереоизомерных молекул углеводоро 4 дов на различных типах саж
2.2.4. Определение величины удельной поверхности
2.2.5. Оценка погрешности адсорбционных измерений 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, активная сажа имеет очень грубую, шероховатую поверхность. Графитизация сажи приводит к упорядочиванию нанокристаллитов рис. Рис. Модель поверхности сажи а до и б после графитизации кирпичики представляют собой нанокристаллиты на поверхности сажи . При этом боковые размеры отдельных кристаллитов будут увеличиваться за счет их роста в процессе графитизации. Смежные кристаллиты будут расти одновременно, что приводит к увеличению вертикальных и боковых размеров нанокристаллитов и уменьшению шероховатости поверхности. В процессе графитизации помимо роста кристаллитов происходит заполнение промежутков дефектов на поверхности сажи, которые, по мнению ряда авторов, представляют собой аморфный углерод между нанокристаллитами . Средний размер частиц выпускаемых на производстве сортов саж составляет от до 0 нм 9, , . В пределах данного диапазона существует большое количество различных сортов саж с уникальным набором свойств. Помимо среднего размера частиц важно знать распределение частиц по размеру. Это распределение может быть узким, широким или даже бимодальным, причем каждый тип распределения посвоему влияет на свойства сажи, в том числе и как стабилизатора полимерных композиций, включая резину. Кривые распределения частиц по размерам могут быть получены методами электронной микроскопии, рассеивания света и седиментацией. Диапазон распределения частиц по размерам может контролироваться в процессе производства. Проведение процесса при постоянных условиях температура, концентрация сырья, скорость потока позволяет получить более узкие кривые распределения 1, . Соединенные вместе частицы сажи образуют агрегаты рис. Морфология агрегатов столь же сложна, как и отдельных частиц. Размеры агрегатов и распределение их по размерам могут варьироваться. Они могут иметь вид полусферических либо длинных группировок частиц. Агрегаты могут обладать плотной или открытой подобной решетке конфигурацией, которую принято называть плотностью агрегата отношение числа агрегатов, приходящихся на единицу массы. Плотность агрегата может существенно варьироваться в пределах отдельно взятого сорта сажи, что возможно при смешивании продуктов из одного или более реакторов, работающих при различных условиях. Различия между понятиями частица и агрегат может быть установлено с помощью методов электронной микроскопии 1,8, . Внутренняя структура агрегатов полностью не изучена. Рис. Морфология сажи частица, агрегат, агломерат. После этого понятие квазикристаллические области стали относить к графитированным кристаллитам или нанокристаллитам. Изза недостатка трехмерного порядка данные определения не являются строго правильными, но, тем не менее, приняты в научной и технической литературе , . Агрегаты сажи имеют тенденцию соединяться с образованием агломератов рис. Агломераты состоят из свободно связанных, но не сплавленных агрегатов , . Рост сажи включает в себя пять основных стадий 1, 1 Нуклеация i. Для большинства саж рост ядер происходит в центрах частиц. В некоторых частицах ядро является полым. Первичный рост i . Рост частиц сажи на этой ранней стадии характеризуется их строго концентрической структурой. Если рост сажи на данной стадии прекращается, сажа будет построена из единичных концентричных частиц любого размера, что наблюдается, например, для сажи РЗЗ. Агрегация i Зависит от плотности аэрозоля, а также от других параметров, связанных с вероятностью столкновений или коэффициентом адгезии и др. Сталия агрегации приводит к образованию агрегатов. Если стадия нуклеации очень интенсивна, то ранняя агрегация происходит с очень маленькими частицами. Данное явление известно как полинуклсация. Вторичный рост . Вторичный рост связан с пиролитическим осаждением на всей поверхности агрегата. С помощью последующей тепловой обработки возможно отличить первичный и вторичный рост сажи. Циклический рост i . В некоторых случаях может быть замечена агрегация агрегатов, сопровождаемая последующим покрытием углерода, что наблюдалось для сажи, полученной в горячей плазме .