Ассортимент пористых углеродных материалов

Традиционные технологии синтеза углеродных носителей и сорбентов, использующие методы гранулирования и таблетирования,

позволяют получать носители лишь в виде элементов простейшей формы - таблеток, сферических гранул и зерен с диаметром не более 3 - 5 мм. В то же время известно, что в ряде химических процессов наиболее эффективны носители и катализаторы, имеющие сложную геометрическую форму (кольца, соломка, лепестки, микроблоки и блочные изделия сотовой структуры) [1]. В последнее время в каталитических процессах, связанных с решением экологических проблем, в гетерогенном катализе и в ряде других химических процессов достаточно широкое распространение получили керамические, оксидные и металлические блочные носители и катализаторы сотовой структуры. Это произошло благодаря их развитой внешней поверхности, широкому выбору вариантов конструктивного решения, низкому перепаду давлений, высокой термо- и механической устойчивости и другим достоинствам. Для получения керамических, оксидных и

углеродных изделий сложной формы, в том числе блоков сотовой структуры, целесообразно использовать технологию экструзии пластичной углеродной массы через фильеры [13]. Однако при экструзионном формовании изделий сложной формы и блоков сотовой структуры возникает ряд проблем, не позволяющих получать качественные изделия требуемой формы. Часть этих проблем связана с реологическими свойствами формовочных масс. До настоящего времени не существует единого мнения относительно выбора критерия оценки реологических свойств и их оптимальных значений. Более того, разные авторы предлагают использовать различные реологические параметры для характеристики пригодности формовочных масс к экструзии. В работе [14] для такой характеристики использовали структурно-механический тип дисперсных систем.

Из методов регулирования реологических свойств формовочных масс наиболее известны метод введения в массы водо- или органорастворимых полимеров, органических соединений и ПАВ [15,16,17, 18], а также метод структурно-кинетического модифицирования [19], заключающийся во введении в состав формовочной массы твердых частиц, соизмеримых или несколько меньших по размеру, чем твердые дисперсные агрегаты формовочной массы.

Экструзия углеродсодержащих масс в изделия сложной формы в сравнении с керамическими массами имеет ряд специфических

реологических особенностей. Трудности, возникающие при экструзии углеродных элементов различной формы, также могут быть преодолены соответствующей оптимизацией рецептур углеродных формовочных масс или созданием специальных технологических режимов экструзии [20]. В работах [20, 21] описывается системный подход к изучению реологического поведения пластичных углеродных масс и выбору параметров экструзии на основе реологических исследований углеродных дисперсий. В [21] исследовано реологическое поведение пластичной композиции ТУ - дисперсионная среда. В качестве дисперсионной среды использовались вода, водные дисперсии и растворы полимеров. Применение полимеров для

улучшения формуемости дисперсных систем является известным технологическим приемом, широко используемым при формовании

керамических и оксидных масс. Упрочняющий эффект полимеров обусловлен прежде всего природой макромолекул полимеров. Их длина в сочетании с гибкостью, внутри- и межмолекулярным взаимодействием приводит к образованию в дисперсионной среде разнообразных элементов пространственной макроструктуры зацеплений, узлов т. п. Для приготовления пластичных углеродных масс использовались водорастворимые полимеры полиэтиленоксид и полиакриловая кислота, а также полимеры, не образующие истинных растворов в воде, - поливинилацетат и декстрин. Выбор различных типов полимеров, вводимых в состав дисперсионной среды, позволил оценить влияние их структуры и свойств на формуемость элементов сложной формы из пластичных углеродных масс на основе ТУ.

Благодаря своим уникальным свойствам углеродные материалы типа сибунита нашли применение в каталитических и сорбционных

процессах. Регулируемые пористая структура, удельная адсорбционная поверхность и химический состав поверхностных группировок позволяют получать на основе сибунита целое семейство палладиевых катализаторов для процессов органического синтеза [22, 23]. Кроме того, сибунит использовался для приготовления сульфидных катализаторов гидроочистки [24] и гидродеметаллизации, цинк-ацетатных катализаторов синтеза винилацетата [25], рениевых катализатов дегидрирования циклогексана, изопропилового спирта [26, 27], гидрирования этилацетата [28] и ряда других. Высокие прочностные свойства и низкая способность к генерации пылевидных частиц позволили использовать материалы типа сибунита для создания сорбентов медицинского назначения - гемо- и энтеросорбентов [29].

Высокая проводимость и высокая стойкость в агрессивных средах способствовали применению блоков сотовой структуры на основе сибунита в качестве трехмерных электродов в электрохимических процессах [30]. Известно применение сибунита для синтеза фторуглеродного материала [31], сорбентов технического назначения [32, 33] и в ряде других химических и сорбционных процессов.

Рис. 2. Ассортимент формованных углеродных материалов (а) и блочных углеродных изделий сотовой структуры (б)