автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Получение мебран на основе углеродных материалов

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. №____

КУФЕЛЬД СТАНИСЛАВ ВИТАЛЬЕВИЧ

ПОЛУЧЕНИЕ МЕМБРАН НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

оз.17.07- Химическая технология топлива

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

ИЛ-4.1/ 2ДСП от 31.01.96г.

Москва - 1996

Работа выполнена в Российском хикико- технологическом уияворк те ии.Д.И.Менделеева.

Нпучный руководитель- кандидат технических наук, доцент ¿'¡»-дин В.В.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор Лутков а.И.; кандидат технических наук, доцент Свитцов А. А.

' Ведущая органиэашш- АО "Графит", г.Вязьма.

a^v'Д■Koн»gpgtf^í -ЪДПгл заседании диссертационного совета Д 050.34. Российском химико-технологическом университете им. Д.И.Менделеев адресу: 125047, г.Москва, А-47, Миусская площадь, д.9.

С диссертацией можно ознакомиться в Жучло-инфэрмационном и? РХТУ ш. Д.И.Менделеева.

Автореферат разогман л 1996 г.

Учонкй секретарь

диссертационного совета Николаева Л,В

Защита состоится

л!;Т"^;1ЬЬ'0']Тп; Технолог.-.! »"смбрая' - интенсивно развивающаяся отрасль ^гоктслздной пауки и производства. Наибольшее развитие в после-дне« прзня полумили нсследовош л в области производства и использования йепрг-ашивксих мембран, в том числа'и из углерода. Тем не менее, задача изготовления как подлонзси для композиционной мембраны, так и рабочего слоя из углерода пока не получила удовлетворительного решения. Креме того, известные способы изготовления углеродных мембран не позволяют достаточно широко вариировать свойства конечного продукта и получать различные типы мембран(от микрсфильтрационных до обратноос-мотических).

Поэтому, получение микро- и ультрафильтрационных мембран на основа углерода является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТ»: Разработка технологии производства млкро- и ультра-.¡[лаьтрациошых шетозицишных анизотротшх мембран из углерода, предназначенных для сепарации гадких сиесей.

НАУЧНАЯ ШВНЗНА: I.Предложено использование порообразователя, переходящего в г-идков состояние при температурах прессования коксопе-коеоЭ гссшюгицки. 2. С применением методов плашфования эксперимента впервые изучено взакглное влияние условий приготовления на пористую структуру изделий из углерода. Полученное математическое описание позволяет надехно предсказывать и регулировать пористую структуру и механические свойства готового изделия. 3. Установлены закономерности формировагаш селективного слоя мембраны из пиролитшеского углерода на поверхности пористых подлакек различной природы (углеродной и керамической), позволяйте контролировать его толщину и преобладающий размер пор. 4. Экспериментально обоснован подход к выбору углеводородного сырья для пачесепия слоя пиролитического углерода па пористую подложку.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦИШОСТЬ: I.Разработана технология производства микро- и ультрафильтргционшх мембран на основе углерода, предусматривающая: изготовление пористой подложки с узким распределением пор по размерам и на песете на нее слоя пористого пиролитического углерода, служащего селективным слоем мембраны. 2.Разработанные мембраны опробованы при. выделении полимера из его водного раствора.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Материал диссертации докладывался на : -7-ой международной конференции молодцх учегапс по шш и. хюятмтоЗ технологии "МКХТ-93" (г.Москва, 1993 г.);

'-9-ой международной конференции молодых ученых но химии и хим;госкоЯ

технологии "НЮСГ-95'' {г.Москва, 1.955 г.).

ПУБЛИКАЦИИ: По материалам диссертация опубликовано 4 статьи в научных журналах РАН, трудах конференций. Подана 2 заявки на изобретение. .

ОБЪШ РАБОГЦ. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, приложения н списка литературы из 107 наименований. Диссертация изложена на 202 страницах, включающих рисунка и таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ГЛАВА- I.ЛИТЕРАТУРНЫМ ОБЗОР. Анализ литературы по баромембранным процессам показал,- что наиболее перспективными мембранами являются мембраны, изготавливаемые из неорганических материалов. Среда них особое место занимает углерод из-за уникального сочетания высокой химической и термической устойчивости, электропроводности, высокой смачиваемости органическими растворителями.

Несмотря -на;, большое, разнообразие-изделий из углерода, наш не обнаружены рекомендации по получению материала, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к подложкам композиционных мембран.

Проанализированы способы получения селективного слоя композиционных мембран из различных материалов. Высказано предположениечто технология шролитического уплотнения пористых материалов может оказаться весьма перспективной для создания селективного слоя композиционных мембран. .■ ■ .

Рассмотрение работы, посвященные осаждению пироуглерода на пористые материалы, позволили выбрать условия и тип реактора для изучения этого процесса в лабораторных условиях.

1'ЛАВА: 2.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.' .

Приготовление трубчатых элементов (подлокек) велось по методике, близкой к традиционной электродной-технологии:

-смешение предварительно приготовленных компонентов.; -ггрошивное прессование получешой композиции; . -обжиг в защитной засыпке по выбранному температурному реяшму.

У получаемых изделий измерялись . линейная и объемная усадки, давление разрыва, а также характеристики пористой структуры: открытая пористость(методом гидростатического взвешивания) и распределение открытых пор по размерам(методом Пуазейля).

Процесс нанесения слоя пироуглерода изучался в проточном реакторе весовым методом. Через трубчатый р?октор (1=25 мм с; ковксиалько закрепленной пористой трубчатой подложкой <1=10 мм подавалась газо£?я смесь -рабочий газ (метан или пропан: и .газ-носитель<эзот)-п поотог---

ной сксростыз. Максимальная степень разложения не превышала 10%» (масс.).

У получаемых таким образом мембран определялись удельный привес пироуглэрода и толщша отлокишагося слоя на геометрической поверхности образца, а такда характеристики пористой структуры: открытая пористость и распределение пор по размерам.

Состав рабочего газа определялся на газовом хроматографе.

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРИСТОМ ПОДЛОЖКИ ДЛЯ ЖЕСТКИХ МЕМБРАН КЗ УГЛЕРОДА. ,

Анализ литературных данных й практика получения углеродных электродов на основе смолококсовнх и пекококсовых композиций показывают, что готовые изделия всегда обладают некоторой пористостью, которая зависит от целого ряда факторов: гранулометрического состава кокса, количества и качества связующего, способа и условий прессования, условий обжига. Наличие пористости позволяет рассматривать электродную технологию как весьма перспективную для изготовления пористой основы(подложки) для последующего формирования на ней селективного мембранного слоя.

В таблице I представлены результата применения традиционной технологии для получения подложек из сиоЛококсошх и пекококсовых композиций.

Таблица.I.

. Сравнение ожидаемых теоретически и опытных характеристик подло-так, полученных на традиционных связующих.

Вид Грансостав наполнителя мкм Содержание связующего % масс. Открыт.пористость,% Радиус пор,мкм

связующего Ожидаемая Экспери-ментальн. Ожидаемый Экспери-ментальн.

Камен- (-100Ц0) 30,0 30,4 25,4-1,0 1,3-2,5 0,38±0,03

ноуг. (-56;+32) 34,0 33.7 ' 36,7±1,0 1,0-2,0 0,36*0,03

смолэ (~32;+0) 41,0 39,2 ' 33,2-1,5 0,4-0,6 0,15-0,04

Камен- (-Ю0;+0) 29,0 . 23,2 19,0-1,1 1,3-2,5 0,10-0,02

ноуг. пек (-Е6;н32) 34,0 27,7 20,3*1,2 1,0-2,0 0,13±0,С2

(-56;+32) 40,0 ' 28,5 20,0-1,5 1,0-2,0 0,13-0,02

'(~32;+0) 40,0 32,2 28,0-1,I 0,4-0,6 0,12*0,02

Из нртзедонннх в табд.1 данных видно, что прямое использование традиционной электродней технологии и рецептур не 'позволяет получать подлотспт с достаточно высокой пористостью (40-505?) и регулировать

раямор открытых пор в них.

Исхода из того, что преобладающий размер пор для всех случаев составил 0,37 мкм - для каменноугольной смоли, 0,12 мкм - для каменноугольного пека, бил сделан вывод, что размер пор определяется только видом связующего и мало зависит от дисперсности наполнителя и условий обжига. Поэтому, для регулирования объема и размера пор било признано необходимым применение порообразователя.

Экспериментальное определение доли свободного объема для различных фракций кокса ШШС по масляному числу показывает, что она мало зависит от размера частиц и составляет около 50% по объему. Низкое значение пористости полученных по традиционной технологии подложек объясняется высоким коксовым остатком применяемого связующего. Тают« образом порообразователъ должен удовлетворять следующим требованиям: -иметь температуру плавления пли размягчения около 65°С; хорошо смешиваться с каменноугольным пеком; -обладать близким к нулю коксовым остатком; -разлагаться в том ке температурном интервале, что и каменноугольный пек. Выделяющиеся летучие не должны образовывать заметного коксового остатка.

-хорошо смачивать зерна наполнителя. Этим требованиям удовлетворяет полиэтиленовый воск. Способы прибавления порообразователя обозначены на тройной диаграмме (Рис.1):

Ряс Л. Диаграмма состава кокс-пек-поросбразовательШО)

ППо линии АВ -оставляя неизменным содержание кокса (66% масс. )в композиции и меняя содержание ПО;

-э-

2)По лдгаш КС -сохраняя соотношение П0/пек=30/70 и меняя содерк-птв модифицировашюго связующего в композиции от 34,0 до 58,8% {тсс.}.

, », ' Кшодифщированного

отк.сп «п связующего Д (масс.).

■йт-<Утт — Содерж.ПО в связу-ьи ши кщем, % (масс.).

Рлс.2.Зависимость открытой пористости и коксового остатка связующего )Т содеркания порообразователя в связующем.

100

50

100 60

100 50

Г 00 ' 50

100

50 О

(I)

(2)

(3)

(4)

(5)

т—5—п—,—п—,—г—,—,—,—,—п——Радиус пор, г.мкм. Рис.3.Зависимость распределения пор ю размерам от содержания порообразователя в связующем: I- 03; 2- КК; 3- 20%; 430%; 5- 60Ж(масс.). Из рис.2 видно, что с ростом содержания порообразователя в сзя-

-б-

зушем уменьшается его коксовый остаток. Вследствие этого растет пористость изделий, стремясь в пределе, к щстотоот коксовой ияхты. .Также возрастает и определяющий размер пор, а их распределение становится Оолеэ размытым, (рис.3).

Результаты опытов с составами по линии КС в сравнении с составами , полученными по рецептурам изображённым на диаграмме линией АВ представлены на рис.4 и б.

И.

отк, 40-

за-

-г" Массовое соотношение

1----:—.-,-—,--,-кокс/пек

и 1 2 3 4 . 5

Рис. 4'.Открытая пористость обоженных образцов при различных соотношениях кокс/пек в исходной шихте. I- кокс (-56;+32) лие ■ КС; 2- кокс (-32;0), линия КС; 3- кокс (-56;+32), линия А£

Радиус Пор,Г, рч мкм ^

"О"

Массовое соотношение кокс/пек

4' 5 образцах при различных соотношу

12 3

Рис.5.Радиус пор в обоженных

ниях кскс/пек в исходной шихте I- кокс (-56;+32) линия КС ' , 2- кокс (-ЗЙ;0). линия КС; 3- кокс (-56;+32), линия АВ. В интервале соотношений кокс/пек от I до ~2,6 пористость форми-

руется в углародооы «атераалз, образующемся из модифицированного свяэущего, а частицы кокса играют роль поверхности, с которой прл об;:эте начинается процесс образования этого материала. При этом величина пористости определяется главным образом свойствами связующего и, до некоторой степени, дисперсным составом наполнителя. В интервала соотношений кокс/пек 2,5-5,0 происходит уменьшение пленки собственно пека на зернах кокса, что ведет к росту пористости до некоторого предела, определяемого пустоткостыо шихты, т.е. до "40-4Ь%.

Эта гипотеза подтверждается данными о размерах пор. При соотношении кокс/пек=1 радиус пор стремится к 6 мкм вне зависимости от дисперсности наполнителя. По-видимому, эта • валичина представляет собой размер пор в углеродном материале, образовавшемся из связующего. Если отношение кокс/пек равно 2,5, то радиус.пор становится рав-шгм 0,1 шал, как и для образца, не содержащего порообразователя. С дальнейшим ростом отношения кокс/пек происходит летейное увеличение размера пор с одновременным размыванием их распределения(см. рис.3). Размер пор будет стремиться к величине, для порошков определяемой из уравнения:

г=(0,05-0,1 )Б, . (I)

где г-радиус поры; Э-диаметр частицы порошка.

Исследование влияния скорости подъема температуры при обжиге были проведет в интервале температур 300-600°С. Нагревание проводили со скоростями 5;4;3;2 и 1°с/мвц. Интервал температур 300-600°С был выбран исходя из данных дериватографического анализа разложения чистых пека и полиэтиленового воска и их смеси в соотношении 70/30. Установлено, что до 300°с и после 600°С пирогенётические процессы проходят с малой скоростью и не способны вызвать нарушения сплошности в изделии из-за газовыделения.

Обнаружена слабая зависимость пористости от скорости обжига и' нелинейная зависимость размера пор от скорости подъема температуры.

В связи с большим количеством факторов, влияющих на характеристики подложек, был реализован полный факторный эксперимент с целью нахождения оптимального состава композиции и условий приготовления подложек.

Для получения математического описания процесса приготовления

пористых тел из углерода был применен ортогональный план 2-го порядка

5-1 6

типа 2 (т.е. полуреплика от плана 2 ).

Переменными, определяющими пористую структуру и механические сввойства получаемых изделий били, согласно исследованиям предварите-

льного этапа, выбраны следующие факторы:

1. Гранулометрический состав наполнителя, мки-Х^;

2. Температура прессования, °С-Х2;

3. Содержание кокса в композиции, % масс.-Хд;

4. Содержание нороосразователя в связующем, % масс.-Х4;

5. Скорость подъема температуры в интервале 300-600°С при обжиге, °С/мин-Хг.

Откликами системы были выбраны следующие показатели, существенные при использовании пористых тел в качестве фильтрующих элементов:

1. Открытая пористость, П0Т,Ж;

2. Линейная усадка образцов, Ь,%;

3. Объемна;, усацка образцов, V, %;

4. Давление разрыва, Р, атм:

5. Средний радиус нор (из их распределения, определенного методом Луазейля), г, мкм.

Е результате проведенных опытов получены уравнения, адекватнс описывающие данную систему и позволяющие предсказуемым образом регулировать пористую структуру фильтрующих элементов:

1) Потк= 44,7 - 1,93Х1 + 4,96Х4 + I,13Х1 + 1,13X3X5 - 1,23Х4Х5;

2) Ь=, 98,8 г 1,1Х3 ~ °'»5Х4 - О.бШ^з - 0,494Х1Х3 - 0,844ХтХ4 0,&81.ХД5 + 0,644ХоХц +■ 0,969X3X5 + 0,944X3X4 - 0,606ХдХ5 + 0,594X4X1:

3) у= юз.01 - 25,53X3 - 21,79X4 + 20,84X3 + 24,806X3X4;

4) Р-- 5,33 + 1,25X3 - 1,02X4 -0,74Х22 - 0,594X3X4 - 1,908X3X4;

5) г- = 5,79 - 4,89X3 - 2,95X4 + 3,273X3X4.

С применением обобщенной функции желательности (в которой использовались уравнения 1-4) была определена область изменения факторов, в которой получены оптимальные показатели качества изделий. Предложены составы композиций и условия получения подложек, для которых функция желательности имеет наибольшие значения. Например:

Х1=-1, [ г1=(-36;+32)мкм];

Х2-1, ( ?2=103°С];

Хд=1, [ 23=61,5й(масс.)1;

Х4-=-1, I г4=27,0%(масс.)3;

Х5=1, Г 25=3°С/миН].

Характеристики подложки при.этом следующие:

1. Открытая пористость ПОТК=45,08;

2. Линейная усадка 1=98,ЗЖ;

3. Объемная усадка У=Ю0,0%;

4. Давление разрыва Р=10,0 атм;

5. Средний радиус пер гО,23 мкм.

Полученшо значения характеристик пористой структур! у г.. ня-ч: ря»т требованиям, предъявляет.--»« к подбоя«»» уяьтрЧ'кпьтри»'»' •>•>•• • мембран. Дяя получения подложек MmtpoiwîbTpwffW'in r<->"-pu удачнда» признано применение слодуя^еЯ рецептура:

хх=0, [ z1-(-&0;+2ç)№<mj;

Х2=0, [ 22=9U°G];

Х3=0, t 2д=53,0Ж(масс;. ) J ;

Х4=0, [ Z4=40,0%(масс. ) I ;

х5-0, [ 25=2°СДпш.].

Характеристики получаемой подложи:

1. Открытая пористость Потк=48,К;

2. Линейная усадка L=9S,8%;

3. Объемная усадка Y=I00;

4. Давление разрыва Р-10,0 ата;

5. Средний радиус пор г=1,Бмкм.

ГЛАВА 4. ПОЛУЧШЕ СЕЛЕКТИВНОГО СЛОЯ МШВШШ ИЗ УГЛ.~ГЧ'П СТЛл ДЕШ1Ш ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ.

Свойства композиционной атпотрошюй мемЗршш опрзлэлдагся значительной мерэ селективным слоем и материалом, из которого сн сформирован. Выбор пироуглерода в качестве материала для 'Армирования селективного слоя обусловлен его способностью образовывать плети на поверхности пористых тел. ,

Поскольку работа имеет целью получение углеродных мемзрач ? промышленных условиях, то в качестве углеводородного сырья использовали бытовой газ: сетевой и баленшй. Первый на Ж состоит из метана, а второй представляет собой пропан-бутанову» смесь, вкетаую следующий состав: содержание С3=80 %, С4=20 %(об.).

Известно, что реакция осаждения шроуглеро^о на пористых тело;, может проходить как на знешней (геометрическая), так и на Енутренгоп поверхности пористого тела. Было сделана предположение, что ггри затруднением транспорта углеводородных газон к внешней поверхности' !внеганедиф$усиогошя область протекания процесса) и? t*efl будет происходить преимущественной отложений гтрсугдор"гл. Пая проверка этого положения необходимо было разграничить облосяп ир.т'кпкия процесса по зависимости удельной окорэотп реакции от "»ичгйиой скорости газового потока. По оагчтопмсст'л скорости реакник -«г пккйнсЯ скорости гпгэ rasA £чядгл?рк области протыкания пронессо: о. I ом./<: тчянодоффукв -онноя: Î-2 «"м/с -терсуолнат; ч; см/г ■•«wa > »• » '»я 1;,ол керочики) и

-10-

переходая (для углерода). •

Так как пироуглерод, по литературным данным, не обладает собственной заметной пористостью,то изменение пористости и размера пор селоктивного слоя происходит за счет зарастания устьев пор подлоги!, т.е. за счет увеличения удельного привеса пироуглерода. С цельа проверки этого положения и возможной оптимизации процесса -получения пироуглерода была проведена серия экспериментов в диффузионной и переходной областях при различных скоростях газового потока. В условиях опытов не удалось провести процесс при линейной скорости газа виже 0,5 см/с из-за малой скорости образования пироуглерода и больших погрешностей при измерении расходов газа.

Керамическая подлокка была выбрана из-за более стабильных характеристик пористой структуры, т.к. она выпускается е промцслглшах масштабах;

• Рис.6. Удельный привес пироуглерода в зависимости от вро^з ни нанесения. Керамика, г=1000С. Концентрация пропана 12,5%(об.) Д-. у;0= 2,0 см/с; 2- у.'0= 0,5 см/с. Концентрацш метана 100« (об.), 3- и0= 3,0 см/с; 4- да0= 0,56 см/с.

Обнаружено, что пористость образцов зависит от вида используемого газа. При использовании метана наблюдается резкое снижение пористост! дажь» во внешнедиффузиошюй области протекания процесса. Это позволил: сделать вывод о непригодности метана при получении мембран осаждение! пироуглерода.

Было найдено, что при использовании пропана для кавдой линейно: скорости газа существует свой предельный уровень снижения пористости

пред ' пред

Например, для т*о=0,5 см/с П0ТК =40,0%, а для «о=2,0 см/с II ' ^31,0%

ОТК*'"

Уд.привес,

-лт,г/г

-1--]--—1--1-

0,05 0,10 0,16 0,20

1110.7. Зависимость открытой пористости образцов • от удельного

привеса пироуглерода на керамической подложке. 1=Ю00°С.Концентрация пропана 12,5$(об. ),1- при «о=0,5см/с; 2- при яо=2,0см/с. Концентрация мотана 100?.-(об.),3- при у?о=0,56см/с; 4- при и -3,0см/с.

Данные по изменению пористости указывают на образование слоя преимущественно на. поверхности при-скорости газа и =0,5см/с (при некотором проникновении пироуглерода в поры ) и преимущественно в норовом объеме при скорости иг0=2см/с.Таким образом, несмотря на более высокую скорость образования пироуглерода при больших линейных скоро -стях газа, пористая структура образцов меньше соответствует требованиям, предъявляемым к композиционным мембранам: наибольшей возможной пористости и наименьшему проникновению материала селективного слоя вглубь подложки.

Поэтому, в условиях, реализуемых в лабораторном реакторе, следует признать пропан-бутановую смесь пригодной для получения углеродных мембран, а скорость 0,5 см/с- рабочей, обеспечивающей получение селективного слоя о минимальным изменением пористости полложки.

Креме времени нанесения .пироуглерода его привес можно регулировать, ичмепяп концентрацию углеводорода в газовой смеси. Для определения зависимости.скорости образования пироуглерода во внеинедифЗВузи-. онпей сюлзстз с г концентрации углеводородного газа были проделаны зксирричен1": получением пироуглерода при. сп:роста газового.потока ем-'с. Снэружено, что для обеих подлокоч (керамической и угле-\<оятЯ> злпяетчяг удельно!-" привет лироуглероял от одпритряшт пропои л'.п-(ряс. 8}. • .

j1 и Афиьчс, дм, г/г

0,0с

U, 01

0,02

IT

20

40

60

Концентрация ' пропана,%(оо.)

1--т-1—

80 100

Рис,8.Скорость образования пироуглерода в зависимости от концентрации пропана. I- подложка- керамика, t=I000°C, v?0=û,5cm/c, т=15мин; 2- подложка- углерод, t=IOOQ°C, wq=0,5cm/c, t=i5uîh.

Данные» рис.9 подтверадают зависимость пористости образцов от нриьеса пироуглерода. Для мембран на керамической подложке пористость снижается до 40,5 % при достижении привеса ш= 0,0250 г/г и изменяется далее в пределах доверительного интервала. Для углеродных подложек ошибка воспроизводимости в опытах значительно больше, чем для керамических. Поэтому, зависимость открытой пористости образцов на углеродной подложке от привеса пироуглерода апроксимируется прямой. При математической обработке методом наименьших квадратов значение начальной пористости в уравнении прямой (43,8) отличается от найденного экспериментально (45,0 -Ж). По-видимому, это можно объяснить резким падением пористости при малых привесах пироуглерода.из-за отложения пироуглерода внутри пор.

-I3~

пцг,я

45

40

35

f-

Уд.привес, am.r/r

' о;04 1 о;оз ' o;i2 ■ o;ia Рис.9. Зависимость открытой пористости образцов от привеса пирс-

углерода пря вориашш концентрации пропана.

.г=1000°СЛ-керамика. 1=15гяш, яг =0,5см/с; 2- углерод,

г--15мин, т?п=0,5см/с.

Креме открытой пористости большое значение для мембраны имеет и

размер пор селективного слоя. Результаты определения сродного рпдиусг*

пер приведены на рис.10.

Радиус пор, г, кем

0,3-

0.2 -

0,1

О

/ 1

-3-

/

/

»

Уд.привес, -о ¿т,г/т.

Т"

Т

,---J-J--J--!-,-1-

0,05 0,10

Fl'iC.IU. Зависимость радчуса пор от удельного привеса гагроуглеро--'

да Л-углерод, ¿-керамика. Ззгисамость радиуса пор выстроена от привеса пироуглорода, т.к. сила окепяргегнтаяьно доказана независимость размера нор от концентрации промен«. '

о цильп получения прямого доказательства' образования слоя на пспзргиост'т погложи исследороля* микроструктуру образцов. Иселедсва-

пие микроструктуры образцов проведено с помощью оптического микроскопа МИМ-7 (табл.2).

Таблица 2.

Характеристики образцов, полученные при микроскопическом исследовании.

~03ра-зец. Подложка. "Скорость газа, «о- см/с Концентрация пропана Ж(Об.) Время, мин УД. привэс, ш,г/г Пористость образца ■ Толщина слоя мам Пористость слоя, ПСЛ'Я Размер частиц слоя, мкм

ПО гид-. ростатич. методу По микроструктурному

I.Кера- 2,0 23,0 II 0,0207 38,4 40,0 0 _

мик а.

2. Керамика. 0,5 100,0 15 0,0469 39,2 32,5 22,0 64,0 2,1

3.Керамика. 0,5 12,5 90 0,0457 40,4 40,0 34,0 46,0 20,0

4.Угле-

род . 0,5 100,0 15 - 0,0615 41,8 . '66,0 49,0 44,0 3,2

.Дашше микроскопического анализа подтверздаают, что при скорости 2,Осм/с не происходит образования слоя на поверхности в условиях эксперимента. При скорости га 0,5 см/с наблюдается образование слоя шроу^лерода на поверхности . Причем, при одинаковом удельном приза се пироуглерода (образцы'2 и 3) уровень пористости одинаков и одинакова толщина поверхностного слоя пироуглерода. Хотя при этом концентрации пропана отличаются в 8 раз, ■

Вместе с тем,при изменении концентрации изменяются структурные характеристики слоя: размер частиц слоя и его пористость. Для углеродной подложки структура слоя близка к .таковой образца 2. Это объясняется одинаковыми условиями получения слоя пироуглерода.

Для проверки разделяющей способности мембран использовали водный раствор полимера Лапрол ПГ-40.(табл. 3). -

Покаоянэ, что формирование. селективного слоя из ' пироуглерода позволяет улучшать (увеличивать) разделяющие характеристики мембран, кате по сравнении с; исходной подложкой (углеродной или керамической), так и.с выпускаемой промышленностью керамической мембраной.

Сравнение характеристик мембран при ?,,Ь%(тсс.) раствора ПГ-40. Условия: t=35°C, давление 5 атм

Таблица 3. разделении водного

Мембрана

Керамическая подложка

Керамическая мембрана

Углеродная мембрана на керамике,. т^О.СВгг/г

Углеродная мембрана на керамике, »007г/г

Углеродная подложка

Углеродная мембрана на углероде, ипу-0,043г/г

Углеродная мембрана на углероде, гс^сг.огог/г

селективность, %

28.0 35,0

43,0

41.0 30; О 53,0

56,0

Удельная проницаемость U, л/м?'ч

40.0

10.1

4,9

8,9

80,0

9,4

4,0

ВЫВОДЫ.

1. Разработана технология производства мембран на основе.углерода: углерод-керамических и углерод-углеродных.

2. Для изготовления подложек углеродных шмбрзн предложено использование шрообразователя, равномерно распределяющегося в связую-цем и переходящего в жидкое состояние при температурах прессования.

3. Установлена зависимость объема тюр (открытой пористости) и их размера от состава шихты и услЬвиЙ изготовления изделия в виде уравнений, адекватно ошснвзвдйх данную систему.

С применением полученных уравнений возможно надежное предсказание. и. регулирование пористой структуры я механических свойств изделий.

. 1. Показана возможность получения слоя гшр9углерода на внешней поверхности пористого, тела путем подбора условий осаждения: температур«, линейной скорости газа.

Получаемый, лч • поверхности пористей подложки слой ¡гироуглерода имеет соботвенкую•открчтую пористость t40-50*) и состоит из дисперсных частиц, -к??, ртмор определяется уедешями осэгаения.

5. и условиях ¡эксперимента при взготсплзяии мембранных педложзк на традиниегшчх связующих (каменноугольной смоле и пркр) обнаружено, что пористость ¡1 размер пор" определяется только вддгм связующего и "ало завися'.' ^г г.чк.'Г'рсности и ^одерчвчия наполнит-ля. п также условий («"¡OT'-'j,

-166. Показана непригодность метана при получении слоя пироуглерода на поверхности пористой подложки.

7. Экспериментально доказана возможность регулировщиц! селекпт-ности мииоран на основе углерода при выделении водорастворимого полимара Лапрол ПГ-40 из его раствора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДЙССЕРГАЦШ ИЗЛОЖНЮ В РАБОТАХ.

1.Куфельд C.B., Скудан В.В., Терпугов Г.В., f.iUHMH В.П., Кошпш Е.А. Получение жестких мзысЗран из углеродных материалов метода;,к традиционной электродной технологии. 7 7-я мвкдународаая конференция молодых ученых по химии и химической технологии "МЮСТ-93":тезцси докладов.- Москва, 1993,- с.123.

2.Ку£ельд C.B., Скудин В.В. Применение методов планирования эксперимента для получения пористых тел из углерода. / 9-я кскдуна-родаая конференция молодых ученых по химии и химической технология "МЮСГ-У5": тезисы докладов.- Москва, 1995.- с.43.

3.Герасимова S.B., Киркорова П.В., Куфзльд C.B., Скудпн В.В. Получение слоя пироуглерода на поверхности пористых подлозкек. / й-я международная конференция молодых ученых по химии и химической тихие-лопш "ШХТ-Эб": тезисы докладов.- Москва, 1995.- с.44.

4.Куфельд C.B., Скудин В.В., Бухарюша Т.В. Модификация связующего для пористых материалов. // Химия твердого топлива.- I995.-Iî°G.-С. 70-75.