ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ, макропористый высокоуглеродистый продукт, получаемый пиролизом древесины без доступа воздуха. Структура и св-ва угля определяются т-рой пиролиза. Пром. Д. у., получаемый при конечной т-ре 450-550 °С, - аморфный высокомол. продукт, включающий алифатич. и ароматич. структуры; состав: 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 5-15% О. Д. у. содержит также 1-3% минер. примесей, гл. обр. карбонатов и оксидов К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe. Кажущаяся плотность елового угля составляет 0,26, осинового - 0,29, соснового - 0,30, березового - 0,38 г/см3; истинная плотность Д. у. 1,43 г/см3; пористость 75-80%; уд. теплоемкость 0,69 и 1,21 кДж/(кг.К) соотв. при 24 и 560 °С; теплопроводность 0,058 Вт/(м.К), теплота сгорания 31500-34000 кДж/кг, уд. электрич. сопротивление 0,8.108 0,5.102 Ом.см. Д. у. обладает парамагнитными св-вами, обусловленными присутствием стабилизир. макрорадикалов (парамагнитных центров ПМЦ) - высокореакционноспособных концевых радикалов Rк* и менее реакционноспособных срединных радикалов Rcp*, макс. концентрации к-рых достигаются соотв. при 550 и 325 °С. При термообработке Д. у. (400-900 °С) без доступа воздуха в результате р-ций Rк + RH : RкH + R*, Rср* : Rк + CO + CО2 + H2 + СmНn и R* + R* : R-R происходит уплотнение его структуры, сопровождаемое убылью массы (до 18%) и выделением смеси газов, содержащей (в % по объему) от 12,7 до 0,7 СО, от 8,5 до 4,5 СО2, от 36,5 до 67,5 Н2, от 45,0 до 24,0 углеводородов (преим. СН4). Снижаются доля алифатич. структур, водорода (до 1,5%), кислорода (до 4,5%), концентрация ПМЦ (до 1,7.1018 спин/г), уд. электрич. сопротивление (до 0,5 Ом.см). Повышаются доля ароматич. структур и углерода (до 95%), степень кристалличности, истинная плотность (до 1,97 г/см3). Присутствие макрорадикалов обусловливает высокую реакц. способность Д. у. по отношению к кислороду. Так, свежеприготовл. Д. у. при 30-90 °С за 1 ч хемосорбирует из воздуха 0,5-2% (от массы угля) кислорода; одновременно из угля выделяются низкомол. продукты, гл. обр. вода (0,3-1,5%). На воздухе развивается цепной разветвл. процесс автоокисления Д. у.: Rк* + О2 : RкOO*; RкOO* + RH : RкOOH + Rср*, Rср* + О2 : RсрОО*, RсрОО* + RH : RcpOOH + Rсp*, RcpOOH + RH : RO* + R* + H2O и R* + R* : R-R. В результате может произойти самовозгорание Д. у., если к.-л. из параметров процесса (концентрация ПМЦ, т-ра, концентрация О2 и геом. размеры массы угля) превысит нек-рую критич. величину. Чтобы избежать этого, Д. у. стабилизируют, выдерживая слой угля высотой не более 60 мм при 50-80°С не менее 10 мин, т. е. в условиях, когда ни один из параметров не превышает критич. величину. Д. у. получают пиролизом древесины в стальных вертикальных непрерывно действующих ретортах производительностью 100-2200 кг/ч, а также в разл. печах. Выход Д. у. в пересчете на нелетучий углерод составляет 21-25% от безводной древесины. В СССР Д. у. получают из древесины твердолиств. пород, березы или из смеси древесины твердолиств. и мягколиств. пород. Он должен содержать не более 3% золы, не более 6% влаги, не более 7% частиц размером менее 12 мм. Массовая доля нелетучего углерода в Д. у. должна составлять 77-90%. Перспективно получение Д. у. из измельченной древесины с катализатором, ускоряющим процесс в неск. раз и повышающим выход угля на 30-40%. Широко применяется крупнокусковый (более 12 мм) Д. у. из твердолиств. пород древесины, имеющий наиб. высокую мех. прочность. Он используется в качестве сырья для получения активного угля, CS2, окисленного Д. у., карбюризатора, в качестве восстановителя в произ-ве кристаллич. Si, черных и цветных металлов, проволоки и др. Мелкий Д. у. может служить подкормкой животным, его используют также для получения бытового топлива - древесноугольных брикетов. Окисленный Д. у. (Д. о. у.) получают окислением Д. у. воздухом в условиях, когда ни один из параметров окисления не превышает критич. величину. На пов-сти Д. о. у. (углеродного ионообменника) содержатся функц. группы - карбоксильные, гидроксильные, карбонильные, хинонные, пероксидные и др. Статич. ионообменная емкость по NaOH составляет 1,0-8,0 м2.экв/г. Д. о. у. содержит значительно больше кислорода (18-40%), чем Д. у., но меньше углерода (55-75%) и водорода (1,5-4,0%). Зольность его такая же, как у Д. у. (до 3%), но после обеззоливания минер. к-той она не превышает 0,4%. Кажущаяся плотность Д. о. у. 0,45-0,52 г/см3, истинная - 1,5-1,9 г/см3, пористость 75-80%, уд. электрич. сопротивление 2,1.108-1,5 3 1011 Ом.см. В зависимости от характера поверхностных функц. групп, их количеств. соотношения и формы (водородной или катионзамещенной) Д. о. у. проявляет комплексо-образующие, ионообменные, электронообменные или каталитич. св-ва. В сравнении с селективными ионообменными смолами они обладают рядом преимуществ: термостойки (до 300 °С), исключительно радиационно- и химстойки (не растворяются, не набухают и не слипаются во всех средах, в т. ч. в щелочах), нетоксичны. Д. о. у. используют для получения особо чистых в-в, напр., при глубокой очистке реактивов от примесей катионов переходных металлов, щел.-зем. металлов, как катализатор переэтерификации в произ-ве жиров, инверсии cахаров и др. Древесноугольный карбюризатор - твердый гранулированный продукт, состоящий гл. обр. из дробленого Д. у., карбонатов щелочных (в осн. К и Na) или щел.-зем. (гл. обр. Ва и Са) металлов (10-20%). Его используют для цементации стальных изделий путем насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Введение в карбюризатор разл. добавок, напр., наводороженного железа, мочевины, повышает скорость цементации в 2 раза. Для удержания добавок на частицах угля часто используют связующее (крахмал, поливинилацетатную эмульсию, мазут, мелассу и др.). Мировое произ-во Д. у. более 5 млн. т/год, в т. ч. в СССР ок. 200 тыс. т/год (1986).
===
Исп. литература для статьи «ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ»:
Завьялов А. Н., Калугин Е. Н., "Химия древесины", 1978, № 4, с. 88-92; Древесный уголь. Получение, основные свойства и области применения древесного угля, М., 1979; Тарковская И. А., Окисленный уголь, К., 1981.
А. Н. Завьялов.

Страница «ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков