Текстура и свойства поверхности. Активированные угли – разновидность микрокристаллического углерода [2–4]

Активированные угли – разновидность микрокристаллического углерода [2–4]. И в объеме, и на поверхности основным структурным элементом активных углей является составная часть кристаллической решетки графита – система конденсированных ароматических колец. В этой системе у каждого атома углерода три валентных электрона связаны с соседними атомами прочными полностью насыщенными σ-связями, а четвертый π-электрон делокализован и может свободно перемещаться по системе сопряженных связей.

Схема термических превращений углерода от углеродсодержащего сырья до графита (по Маршу и Гриффитсу) приведена на рис. 1, а [5]. В закономерно ориентированных графитовых структурах (см. рис. 1, б) атомы углерода находятся в sp²- гибридном состоянии, межплоскостное расстояние d₀₀₂ составляет 0,3354 нм.

а б

Рис. 1. Схема термических трансформаций углерода по Маршу и Гриффитцу (а) и упорядоченная структура кристаллов в графите (б)

Угли имеют турбостратное (беспорядочно слоистое) строение. Здесь нет строгой трехмерной упорядоченности элементарных слоев. Размеры графитоподобных микрокристаллитов угля зависят от условий синтеза и составляют 2–2,5 нм (длина) и 1–1,3 нм (высота). Один микрокристаллит может содержать 3–4 параллельных углеродных слоя (плоскости), но в отличие от графита они беспорядочно смещены относительно друг друга, величина межслоевого расстояния непостоянна и колеблется от 0,34 до 0,37 нм. На рис. 2 представлены модельные структуры активированных углей.

а б

Рис. 2. Модели структур активного угля:

а – «пучок мятых лент» (поперечное сечение); б – «комок мятой бумаги»

Помимо кристаллического углерода, в активированных углях содержится от 1/3 до 2/3 аморфного углерода. Это обрывки алифатических цепей, не полностью разложившиеся углеродные соединения, радикалы высокоуглеродных соединений.

Особенности электронного строения активных углей предопределяют их высокую электропроводность. Удельная поверхность активных углей весьма высока − 500−2000 м²/г.

В изучение и описание особенностей пористой структуры активных углей особенно велик вклад академика М. М. Дубинина и ученых его школы [6]. По классификации Дубинина эффективные радиусы макропор превышают 100−200 нм, их удельная поверхность заключается в пределах от 0,5 до 2 м²/г; эффективные радиусы мезопор (переходных пор) заключаются в пределах от 1,5−2,0 до 100−200 нм, их удельная поверхность может составлять от 10 до 400 м²/г; эффективные радиусы микропор − менее 1,0−1,5 нм и соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул; адсорбция в микропорах характеризуется объемным заполнением адсорбционного пространства.

Активные угли обычно характеризуются развитой полидисперсной структурой, т.е. обладают всеми разновидностями пор: макро-, мезо- и микропорами (см. табл. 1, составленную по данным, приведенным в [7,8]).

Таблица 1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: