Способ получения катионообменного углеродного волокна

Способ получения катионообменного углеродного волокна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г

И. Н. Ермоленко, Н. В. Гулько, И. П, Люблинер, и Л. И. Фридман (72) Авторы изобретения

Институт общей и неорганической химии АН Белорусской CCP (71) Заявитель (541 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОНООБМЕННОГО УГЛЕРОДНОГО . "..ВОЛОКНА

Изобретение относится к получению хатионообменных материалов на основе углеродных волокон и используется в сорбционной технике для поглощения различных веществ из газов и жидкостей. . 5

Известны способы получения углеродных волокнистыхионообменников, состоящие в том, что углеродные волокна подвергаются обработке при высокой температуре в концентрированных растворах минеральных кислот 51.

Свойства целевого продукта полученного по указанным способам зависят от конечной температуры карбонизации и ус- . ловий окисления, причем обменная емкость находится в обратной зависимости от температуры карбонизации (чем вьппе температура термической обработки волокна, тем ниже величина обменной емкос- ти) Это объясняется тем, что с повышением температуры карбониэации в составе углеродного волокна уменьшается количество реакционноспособных групп (например, -СН-), способных окисляться, а структура, углеродного волокна стйноВится более упорядоченной, что затрудняет доступ реагента вглубь волокна. Таким образом, окисление низкотемпературных углеродных волокон дает продукт с достаточной обменной емкостью, но низ- кой прочностью, и наоборот, окисление высокотемпературных волокон обеспечивает высокую прочность, но целевой продукт имеет низкую емкость.

Известен также способ получения углеродного катионообменника путем двухстадийной обработки углеродного волокна, полученного при 500 С, сначала в расто воре треххлористого фосфора при 7,э С фО в течвние 10 ч, а затем в 25.о раствоо ре азотной кислоты при 60 С в течение

8 ч. Обменная емкость целевого продукта составляет 4,5 мг=зкв/г f2 .

Наиболее близким к предложешюму является способ,по которому катиопообменное углеродное волокно, полученное при карбонизации 00 С, подвергают о окислению в азо1ной кислоте с коипентра715457

Вид обработхи

Продолжи, тельность обработки, мин

Окисление в

1,21 33,9

1,68 33,6 расплав е аэотнокислого

60 :

1202, 15 32,8

3,48 2,65 32,8

3,78 28,7

2,52

3,85

Окисление в расплаве азотнокислого железа

2,62 — 27,2

60 .

Известный способ

1,11

1,26

1,48

2,05

1, 11 39.7

1,26 22,4

1,48 22,0

2,05 17,0

Окисление в кипящей . азотной кислоте

360 цией 707 в течение 1 ч при 90-9. РС, Полученное углеродное катионообменное волокно имеет обменную емкость

2,2 мг-экв/г, а его прочность состав- ляет 9,2 кгс-мм . При подобной обработ 2 ке углеродного волокна, карбонизованного при 810 С, получетп ый продукт имеет

0 обменную емкость 1,11 мт-экв/г, и прочность 39,7 кгс/мм Ы

Недостатком способа является йизкая обменная емкость карбониэованных волокон.

Цель изобретения — повышение обменной емкости катионообменного углеродного волокна без потери его прочюсти.

: Поставленная цель достигается тем, что обработку карбонизованного углеродного волокна охисляюшим агентом — нагретым гомогенным расплавом кристаллогидратов аэотнохислых солей алюминия йли железа.

Способ осуществляют следующим образом.

Приготавливают гомогенные расплавы азатнокислых солей алюминия или желе- ,25 за, в расплавы погружают углеродные волокна, выдерживают 30-60 мин, извлекают иэ расплава, отмывают водой до нейтральной реакдии. Достаточно высокая обменная емкость для высокотемпеЗО ратурного прочного волохна достигается эа 30 мин и растет без существенного уменьшения прочности в пределах до

60 мин. Применение расплава позволяет резко увеличить концентрацию окислителя и температуру обработки, уменьшить гидролитическое расшепление водой получаемого ионита, а уменьшение необходимого времени окисления позволяет сохранить прочность волокна, Снижается выделение токсичных газов. Исходные вещества представляют твердые не агрессивные при комнатной температуре соединения, с которыми легче и безопаснее оперировать, чем с высоко агрессивными жидкостями.

Пример . Приготавливают распла» вы азотнокислых солей алюминия А ("©ЬЬ 9Н О или железа Fe (N ®> 9Н О . Тем пература расплавов соответственно 14ОС и 130 С. При этих температурах соли о

АК (МCgq 9Н О (140 С) и Fe(NO )>" 9Н 0 (1 30 С ) дают гомогенные . расплавы, в которых возможна однород- ная обработка волокон. При температурах ниже указанных не достигается полная гомогенизация расплава, а выше — расплавы кипят с разложением.

В эти расплавы погружают углеродные волокна, полученные при различных конечных температурах карбонизации, выдерживают определенные промежутки времени, после чего образцы извлекают иэ расплава и отмывают водой до нейтральйойреакции. Определяют катионообменную емкость по раствору N аОН и прочность на разрыв.

Для получения сравнительных данных параллельно проводили окисление углеродных волокон в среде азотной кислоты по известному. способу в течение различных промежутков времени. Данные сведены в табл.

715457

Составитель В. Виноградова редактор Н. Шильникова Техред Л. Алферова Koppexmp. М. lie.

Заказ 9609/2 Тираж 565

UHHHITH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из табл. видно, что окисление углеродных волокон, полученных при различных температурах карбонизации, расплавами кристаллогидратов азотнокислых солей алюминия или железа приводит к получению ионитов с высокой обменной емкостью и прочностью даже для высокотемпературных волокон. При этом эффективность окисления расплавами выше, т. е. высокие значения обменной емкости достигаются за значительно меньшие промежутки времени и это позволяет сохранить прочность. Увеличение времени обработки расплавом AE(N0g) ОН 0 угольного волокна с температурой карбонизации

810 С с 60 мин до 120 мин дает возо можность увеличить обменную. емкость с 2,65 до 3,78 мг-экв/г, т. е. в 1 4 раза, а прочность падает только с 32,8 до 28,7 кгс/мм, т. е. на 12%, в то время как при окислении азотной кислотой такого же волокна обменная емкость возрастает только с 1,11 до 1,26 мг- экв/г, т. е. на 13%, в то время как прочность падает с 39,7 до 22,4 кгс/мм т. е. в 1,8 раза.

Полученные катионообменные углеродные волокна испытаны на устойчивость к различным обработкам. Результаты испытания показали, что эти иониты устойчивы при нагревании на воздухе до о

200 С в течение 2 ч, при кипячении в воде в течение 2 ч, в 0,05 н. растворе щелочи 1 ч, в 5 н. растворе соляной кислоты 1 ч, выдерживают без изменения обменной емкости многократные шпслы сорбции-,десорбции.

Формула изобретения

Способ получения катионообменного углеродного волокна, включающий обработку карбонизованного углеродного волокна окисляюшим агентом при нагревани, отличающийся тем, 15 что, с целью повьппення обменной емкости, катионообме пюго углеродного волокна, без потери его прочности, в качестве окисляющего агента берут гомогенный расплав кристаллогидратов азотиокислых солей алюминия или железа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !

1. Ермоленко И. И. и др. Сорбционно-активные волокнистые угольные мате25 риалы и перспективы их использования в народном хозяйстве. Минск, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 286218, хл. С 01 В 31/16, 20.05.68.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 208927, кл. С 08 В 15/00, 24,05.66 (прототип) .