Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ

ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ, макропористый высокоуглеродистый продукт, получаемый пиролизом древесины без доступа воздуха. Структура и св-ва угля определяются т-рой пиролиза. Пром. древесный уголь, 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. Древесный уголь 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 древесного угля 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. Древесный уголь 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 древесного угля (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 древесного угля по отношению к кислороду. Так, свежеприготовл. древесный уголь 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 древесного угля: 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 древесного угля, 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, древесный уголь 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. Древесный уголь получают пиролизом древесины в стальных вертикальных непрерывно действующих ретортах производительностью 100-2200 кг/ч, а также в разл. печах. Выход древесного угля в пересчете на нелетучий углерод составляет 21-25% от безводной древесины. В СССР древесный уголь 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 древесном угле должна составлять 77-90%. Перспективно получение древесного угля из измельченной древесины с катализатором, ускоряющим процесс в неск. раз и повышающим выход угля на 30-40%. Широко применяется крупнокусковый (более 12 мм) древесный уголь из твердолиств. пород древесины, имеющий наиб. высокую мех. прочность. Он используется в качестве сырья для получения активного угля, CS2, окисленного древесного угля, карбюризатора, в качестве восстановителя в произ-ве кристаллич. Si, черных и цветных металлов, проволоки и др. Мелкий древесный уголь может служить подкормкой животным, его используют также для получения бытового топлива - древесноугольных брикетов. Окисленный древесный уголь получают окислением древесного угля воздухом в условиях, когда ни один из параметров окисления не превышает критич. величину. На пов-сти древесного окисленного угля (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. Древесный окисленный уголь содержит значительно больше кислорода (18-40%), чем древесный уголь, но меньше углерода (55-75%) и водорода (1,5-4,0%). Зольность его такая же, как у древесного угля (до 3%), но после обеззоливания минер. к-той она не превышает 0,4%. Кажущаяся плотность древесного окисленного угля 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) древесный окисленный уголь 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. Древесный окисленный уголь 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 древесного угля, 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 древесного угля 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.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн