Влияние примеси метана при разложении ацетилена на размер и морфологию частиц образующейся сажи

Аннотация

Изучено влияние давления ацетилена или его смеси с метаном при разложении в лабораторном цилиндрическом реакторе с искровым поджигом для получения ацетиленовой сажи. Диапазон размеров образующихся частиц и морфология их поверхности определены методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Определение распределений по радиусам пор удельной поверхности и оценка размера частиц образцов ацетиленовой сажи проведены с помощью адсорбционного метода лимитированного испарения. Все использованные экспериментальные методы подтвердили существенное уменьшение размера частиц ацетиленовой сажи при повышении исходного давления ацетилена при его разложении. Соответственно увеличивается удельная наружная поверхность частиц, но практически не изменяется микропористая удельная поверхность наружной оболочки частиц. Присутствие метана в смеси с ацетиленом при разложении существенно увеличивает размер частиц сажи и уменьшает как удельную наружную поверхность, так и микропористую поверхность оболочки частиц сажи. Показано, что предложенный метод анализа распределений удельной поверхности ацетиленовой сажи по радиусам пор позволяет с большой точностью оценить размеры частиц, образующих эту поверхность, суммарную удельную поверхность сажи и влияние различных факторов

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (соглашение № 21-19-00390, https://rscf.ru/project/21-19-00390)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Школьников Е.И., Григоренко А.В., Липатова И.А. и др. Влияние примеси метана при разложении ацетилена на размер и морфологию частиц образующейся сажи. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 2 (107), с. 110--125. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-2-110-125

Литература

[1] Комарова Т.В. Получение углеводородных материалов. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2001.

[2] Surovikin Yu.V., Shaitanov A.G., Lavrenov A.V., et al. New approaches to the production of acetylene carbon black. AIP Conf. Proc., 2020, vol. 2301, no. 1, art. 040015. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0033038

[3] Lee S.M., Lee S.H., Kim S.H., et al. Analysis of pore formation and development in carbon blacks activated in a CO₂ gas atmosphere through microstructural observation. Carbon Lett., 2021, vol. 31, no. 6, pp. 1317--1326. DOI: https://doi.org/10.1007/s42823-021-00284-9

[4] Каишева А., Гамбурцев С., Илиев И. Электрохимические источники тока. Прага, 1975, с. 174--177.

[5] Шайтура Н.С., Школьников Е.И., Григоренко А.В. и др. Особенности структурообразования сажефторопластовых газодиффузионных слоев воздушных электродов топливных элементов. Электрохимическая энергетика, 2008, т. 8, № 2, с. 67--72.

[6] Davydova E.S., Atamanyuk I.N., Ilyukhin A.S., et al. Nitrogen-doped carbonaceous catalysts for gas-diffusion cathodes for alkaline aluminum-air batteries. J. Power Sources, 2016, vol. 306, pp. 329--336. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.11.112

[7] Singh M., Vander Wal R.L. Nanostructure quantification of carbon blacks. C, 2019, vol. 5, no. 1, art. 2. DOI: https://doi.org/10.3390/c5010002

[8] Зуев В.П., Михайлов В.В. Производство сажи. М., Химия, 1965.

[9] Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2004.

[10] Drakon A.V., Eremin A.V., Gurentsov E.V., et al. Optical properties and structure of acetylene flame soot. Appl. Phys. B, 2021, vol. 127, no. 6, art. 81. DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-021-07623-8

[11] Школьников Е.И., Волков В.В. Получение изотерм десорбции паров без измерения давления. ДАН, 2001, т. 378, № 4, с. 507--510.

[12] Shkolnikov E.I., Sidorova E.V., Malakhov A.O., et al. Estimation of pore size distribution in MCM-41-type silica using a simple desorption technique. Adsorption, 2011, vol. 17, no. 6, pp. 911--918. DOI: https://doi.org/10.1007/s10450-011-9368-9

[13] Shkolnikov E.I., Shaitura N.S., Vlaskin M.S. Structural properties of boehmite produced by hydrothermal oxidation. J. Supercrit. Fluids, 2013, vol. 73, pp. 10--17. DOI: https://doi.org/10.1016/j.supflu.2012.10.011

[14] Dobele G., Vervikishko D., Volperts A., et al. Characterization of the pore structure of nanoporous activated carbons produced from wood waste. Holzforschung, 2013, vol. 67, iss. 5, pp. 587--594. DOI: https://doi.org/10.1515/hf-2012-0188

[15] Shkolnikov E.I., Sidorova E.V., Shaitura N.S., et al. Enhanced method for study of materials nanoporous structure. In: Handbook of functional nanomaterials. Vol. 2. Characterization and reliability. Nova Science, 2013, pp. 61--84.

[16] Вервикишко Д.Е., Янилкин И.В., Добеле Г.В. и др. Активированный уголь для электродов суперконденсаторов с водным электролитом. ТВТ, 2015, т. 53, № 5, с. 799--806. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364415050270

[17] Кнорре В.Г., Снегирева Т.Д., Текунова Т.В. и др. Исследование термического разложения ацетилена и свойств образующейся сажи в условиях бомбы постоянного объема. Физика горения и взрыва, 1972, № 4, с. 532--535.

[18] Емельянов А.В., Ерёмин А.В., Михеева Е.Ю. и др. О возможности промотирования детонационной волны конденсации в ацетилене с добавками метана. Доклады РАН. Химия, науки о материалах, 2020, т. 490, № 1, с. 47--50. DOI: https://doi.org/10.31857/S2686953520010069

[19] Eremin A.V., Mikheyeva E.Yu., Selyakov I.N. Influence of methane addition on soot formation in pyrolysis of acetylene. Combust. Flame, 2018, vol. 193, pp. 83--91. DOI: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.03.007