Zastosowanie dyfrakcji rentgenowskiej do badań struktury uporządkowanej węgli

Strójwąs, A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie dyfrakcji rentgenowskiej do badań struktury uporządkowanej węgli

Autorzy

Strójwąs A.

Identyfikatory

Warianty tytułu

The use of X-ray diffraction to study the ordered structure of coals

Języki publikacji

Abstrakty

Celem pracy było podsumowanie dotychczasowej wiedzy dotyczącej zastosowania dyfrakcji rentgenowskiej w badaniach struktury węgli i materiałów węglowych. W artykule przedstawiono krótki przegląd prac dotyczących struktury węgli z wykorzystaniem techniki XRD począwszy od pionierskich prac polegających na wizualnych porównaniach rentgenogramów węgla i grafitu, aż do prac w których wykorzystano skomplikowane metody obliczeniowe oraz najnowocześniejszą aparaturę badawczą jaka jest obecnie dostępna na rynku. Zwrócono uwagę na kontrowersje związane z zastosowaniem radialnej funkcji dystrybucji (RDF) w badaniach struktury węgla. Przeanalizowano zmiany strukturalne zachodzące w organicznej substancji węglowej podczas uwęglenia oraz w procesie pirolizy. Uwzględniono zmiany parametru d ₀₀₂ (odległość międzypłaszczyznowa), charakteryzującego stopień wewnątrzkrystalitowego uporządkowania, jak również parametrów L_a (średnia średnica) i L_c (średnia wysokość), które dostarczają informacji o wymiarach krystaliów. Stwierdzono, że zmiany strukturalne zachodzące w organicznej masie węgli podczas pirolizy nie zostały jednoznacznie wyjaśnione. W literaturze opisane są sprzeczne wnioski, co do przebiegu zmian zachodzących w organicznej substancji węglowej podczas pirolizy. Zaistniałe niejednoznaczności mogą być wynikiem zarówno różnic w stosowanej metodyce badań, jak również różnic w budowie wyjściowej badanych próbek.

Aim of this study was to summarize the current knowledge on the use of X-ray diffraction studies the structure of coals and carbonaceous materials. The article presents a brief overview of the work on the structure of coals using XRD techniques ranging from the pioneering work involving the visual comparisons of X-ray coal and graphite, to work which uses a complex calculation methods and cutting-edge research equipment which is currently available on the market. Attention was drawn to the controversy associated with the use of the radial distribution function (RDF) in studies of coal structure. Analysis of structural changes in organic carbonaceous material during coalification and pyrolysis was conducted. Special attention is paid to structural changes in the organic carbonaceous material in the process of coal rank and pyrolysis. Includes changes to the parameter characterizing the degree of intracrystalline order d₀₀₂ (interplanar distances), as well as the parameters of L_a (average diameter) and L_c (average height), which provide information about the sizes of crystallites.It was found that that the structural changes in the organic coal mass during pyrolysis is not clearly elucidated. Described in the literature are conflicting conclusions as to the course of the changes in the organic substance of coal during pyrolysis. Occurred ambiguity may be due to both differences in applied research methodology, as well as differences in the construction of the initial test samples.

Słowa kluczowe

dyfrakcja rentgenowska struktura węgla odległości międzypłaszczyznowe proces uwęglenia piroliza

X-ray diffraction coal structure interplanar distances coalification pyrolysis

Wydawca

Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.

Czasopismo

Karbo

Rocznik

2014

Tom

Nr 2

Strony

63--69

Opis fizyczny

Bibliogr. 39 poz., rys.

Twórcy

autor

Strójwąs A.

Andrzej.Strojwas@ujk.edu.pl

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Bibliografia

1. Debye P., Scherrer S., Interferenzen an regellos orientierten Teilcben in Röntgenlicht. Physikalische Zeitschrift, 1917, 18, s.291.
2. Warren B.E., X-ray diffraction in random layer lattices. Phys. Rev., 1941, vol.59, s.693.
3. Biscope J., Warren B.E An X-Ray Study of Carbon Black. Journal of Applied Physics, 1942, vol.13, s. 364.
4. Houska C.R., Warren B.E., X-ray study of the graphitization of carbon Black. Journal of Applied Physics, 1954, vol. 25, s.1503.
5. Van Krevelen D.W., Coal: typology, physics, chemistry, constitution. 3rd edition, Elsevier, Amsterdam 1993.
6. Hirsch P. B., X-ray scattering from coal. Proc. Roy. Soc., 1954, ser. A 226, s.143.
7. Diamond R., X-ray diffraction data for large aromatic molecules. Acta Cryst., 1957, 10, s. 359.
8. Cartz L., Hirsch P.B., A Contribution to the Structure of Coals from X-Ray Diffraction Studies. Phil. Trans. A, 1960, 252, s. 557.
9. Cartz L., Diamond R., Hirsch P. B., New X-ray data on coals. Nature, 1956, 177, s.500.
10. The JSPS117 Committee, Procedures for the measurements of lattice constans and crystallite sizes of graphitized materiale, and Inagaki M, Explanations on the procedures. TANSO, 1963, 36, s. 25.
11. Shiraishi M., Inagaki M., X-ray diffraction methods to study crystallite size and lattice constants of carbon materials in E. Yasuda editor. Carbon Alloys. Elsevier, 2003, s.161.
12. Fujimoto H., Analysis of x-ray diffraction pattern of carbon by the profile fitting method. TANSO, 2003, 206, s. 2.
13. Fujimoto H., Shiraishi M., Characterization of unordered carbon using Warren–Bodenstein’s equation. Carbon 2001, vol. 39, s. 1753.
14. Iwashita N., Park Ch. R., Fujimoto H., Shiraishi M., Inagaki M., Specification for a standard procedure of X-ray diffraction measurements on carbon materials. Carbon, 2004, vol. 42, s. 701.
15. Metody rentgenowskie badania struktury węgli. Praca zbiorowa pod red S. Jasieńki i J. Pielaszka, Wydawnictwo Fundacji im Wojciecha Świętosławskiego, Warszawa 1993.
16. Bojarski Z., Łągiewka E., Rentgenowska analiza strukturalna. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Gliwice 1995.
17. Grigoriew H., Diffraction studies of coal structure. Fuel, 1990, vol. 69, s. 840.
18. Wertz D.L., X-ray analysis of the Argonne Premium coals. 1. Use of absorption/diffraction methods. Energy & Fuels, 1990, vol. 4, s. 442.
19. Wertz D.L., Bissell M., One-dimensional description of the average polycyclic aromatic unit in Pocahontas No. 3 coal: an X-ray scattering study. Fuel, 1995, vol. 74, s.1431.
20. Wertz D.L., Bissell M., Relating the Nonideal Diffraction from the Graphene Layer Stacking Peak to the Aliphatic Carbon Abundance in Bituminous Coals. Energy & Fuels, 1994, vol. 8, s. 613.
21. Wertz D.L., X-ray scattering analysis of the average poly-cyclic aromatic unit in argonne premium coal 401. Fuel, 1998, vol. 77, s. 43.
22. Wertz D.L., Quin J.L., X-ray Analysis of Liquid-Treated Coals. 1. Effects of Pyridine on the Short-Range Structuring in Beulah Zap Lignite. Energy & Fuels, 1998, vol. 12, s. 697.
23. Takagi H., Maruyama K., Yoshizawa N., Hamada Y., Sato S., XRD analysis of carbon stacking structure in coal during heat treatment. Fuel, 2004, vol. 83, s. 2427.
24. Blayden W.E., Gibbon J., Riley H.L., An X-Ray study of the structure of coals, cokes and chars, Proc. Of a Conf. on the Ultrafine Structure of Coals and Cokes, BCURA. London 1944, 176.
25. Diamond R., X-Ray Studies of Some Carbonized Coals. Phil. Trans. A, 1960, 252, s. 193.
26. Jasieńko S., The nature of coking coals. Fuel, 1978, vol. 57, s. 131.
27. Jasieńko S., Matuszewska A., Jon A., Properties and structure of hard coals from the borehole Niedobczyce IG-1 in the Rybnik Coal District, Upper Silesian Coal Basin, their petrographic and group constituents. 2. Variations in petrographic composition of the coals along the depth of borehole and alterations in structure of the coals characterised by vitrinites spectroscopic analyses (X-ray, IR). Fuel Processing Technology, 1995, vol. 41, s. 221.
28. Lu L., Sahajawalla V., Kong C., Harris D., Quantitative X-ray diffraction analysis and its application to various coals.Carbon, 2001, 39, s. 1821.
29. Patrakov Yu.F., Fedyaeva O.N., Semenova S.A., Fedorova N.I., Gorbunova L.V., Influence of ozone treatment on change of structural–chemical parameters of coal vitrinites and their reactivity during the thermal liquefaction process.Fuel, 2006, 85, s. 1264.
30. Van Niekerk D., Pugmire R.J., Solum M.S., Painter P.C., Mathews J.P., Structural characterization of vitrinite-rich and inertinite-rich Permian-aged South African bituminous coals. Intenational Journal of Coal Geology, 2008, 76, s. 290.
31. Sonibare O.O, Haeger T., Foley S.F., Structural characterization of Nigerian coals by X-ray diffraction, Raman and FTIR spectroscopy. Energy, 2010, vol. 35, s. 5347.
32. Maity S., Mukherjee P., X-ray structural parameters of some Indian coals. Current Science, 2006, vol. 91, s. 337.
33. Kidena K., Murata S., Nomura M., Studies on the chemical structural change during carbonization process. Energy & Fuels, 1996, 10, s. 672.
34. Watanabe I., Sakanishi K., Mochida I., Changes in coal aggregate structure by heat treatment and their coal rank dependenci. Energy & Fuels, 2002, 16, s. 18.
35. Jiménez A., Iglesias M. J., Laggoun-Defarge F., Suárez-Ruiz I., Effect of the increase in temperature on the evolution of the physical and chemical structure of vitrinite.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 1999, vol. 50, s. 117.
36. Kidena K., Matsumoto K., Katsuyama M., Murata S., Nomura M., evelopment of aromatic ring size in bituminous coals during heat treatment in the plastic temperature range. Fuel Processing Technology 2004 ,vol. 85, s. 827.
37. Zubkova V., Prezhdo V., Strójwąs A., Comparative Analysis of Structural Transformations of Two Bituminous Coals with Different Maximum Fluidity during Carbonization.Energy & Fuels, 2007, vol. 21, s. 1655.
38. Zubkova V., Some aspects of structural transformations taking place in organic mass of Ukrainian coals during heating. Part 1. Study of structural transformations when heating coals of different caking capa city. Fuel, 2005, vol. 84, s. 741.
39. Zubkova V., Study of the mechanism of changes in electrical resistance when heating caking and noncaking coals. Fuel Processing Technology, 2002, vol. 77-78, s. 285.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-e162a876-170c-4210-bf46-b9b2cf51ba43