Efekty cieplne zwilżania surowców węglowych oraz węgla aktywnego

• Autorzy: Wolak E. , Buczek B.

Warianty tytułu

EN

Thermal effects of wetting carbonaceous materials and activated carbon

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z parametrów, pozwalającym ocenić surowiec węglowy, jest efekt cieplny zwilżania. Wielkość ciepła zwilżania dostarcza informacji o energii powierzchniowej ciał zanurzonych w cieczy oraz ich teksturze. Znajomość ciepła zwilżania materiałów węglowych jest wykorzystywana w badaniach ich właściwości sorpcyjnych, do charakteryzowania struktury i do wyznaczania powierzchni właściwej. Zaproponowano metodę pomiaru zwilżania materiałów węglowych jako jedną z metod do oceny surowca węglowego. Na podstawie przeprowadzonych badań wyznaczono ciepło zwilżania alkoholem metylowym węgla kamiennego z kopalni Brzeszcze, węgli brunatnych z kopalni w Turowie i Bełchatowie oraz dla porównania wybrano jeden z węgli aktywnych firmy Gryfskand (WD-ekstra). Opierając się na uzyskanych wynikach obliczono powierzchnię badanych materiałów oraz entalpię immersji. Wykazano, że efekty cieplne zwilżania zależą od budowy materiału zwilżanego, zarówno od jego struktury jak i budowy chemicznej. Największe ciepło zwilżania obliczone na 1 g materiału węglowego uzyskano dla węgla aktywnego, który jest materiałem o najbardziej rozwiniętej powierzchni właściwej i największej objętości mikroporów. Jednak ciepło zwilżania nie wzrasta proporcjonalnie do wielkości powierzchni właściwej. W pracy stwierdzono, że efekty cieplne zwilżania dla węgli kopalnych maleją wraz ze wzrostem powierzchni właściwej. Dla badanych trzech próbek uzyskano zależność liniową. Wśród węgli kopalnych najwyższe efekty cieplne (ΔT) oraz ciepło zwilżania (Q) wyznaczono dla węgla brunatnego z kopalni w Bełchatowie, mimo że węgiel ten miał najsłabiej rozwiniętą strukturę porowatą. Na przykładzie tej próbki widać wyraźny wpływ procesu pęcznienia na mierzone efekty cieplne.

EN

One of the parameters which enables the evaluation of carbonaceous material is the thermal effect of wetting. The value of the heat of wetting provides information about the surface energy and the texture of the materials immersed in the wetting liquid. Knowledge of the heat of wetting of the carbonaceous materials is used to research their sorption properties, to characterize the structure and to determine the surface area. A method of me asuring the wetting of the carbonaceous materials as one of the methods to evaluate the carbonaceous materials was proposed. On the basis of research which was conducted, one determined the heat of wetting black coal from the Brzeszcze mine by methyl alcohol and lignites from the Turów and Bełchatów mine. One of activated carbons furnished by the Gryfskand company (WD-extra) was selected for the purpose of the comparison. The enthalpy of immersion was calculated on the basis of the results, the surface of the carbonaceous materials that were studied. It was revealed that the energetic effects of wetting depend both upon the microporous structure and the chemical nature of the adsorbent. The greatest heat of wetting calculated per 1g of the carbonaceous material, which has the most developed surface area and micropore volume, was obtained for the activated carbon. However, the heat of wetting does not increase proportionally to the surface area. The study revealed that the thermal effects of wetting for fossil coal decreases with the increasing of the surface area. The linear relationship was obtained for the three samples which were studied. The highest thermal effects (ΔT) and heat of wetting (Q) among the fossil coals was determined for the lignite from the Bełchatów mine, even though this coal had the least-developed porous structure. One may discern a clear influence of the swelling process upon the measured thermal effects on the basis of this sample.

Słowa kluczowe

PL

ciepło zwilżania; węgiel kamienny; węgiel brunatny; entalpia immersji

EN

heat of wetting; black coal; lignite; enthalpy of immersion

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 97
• Strony: 107--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Wolak E.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

autor

Buczek B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

Bibliografia

• 1. Baran, P. 2010. Praca doktorska, Kraków: AGH.
• 2. Baran, P. i Zarębska, K. 2015. Estimating the limiting absolute sorption of carbon dioxide by coal for coal-bed storage of carbon dioxide. International Journal of Oil Gas and Coal Technology 10(2), s. 179–193.
• 3. Buczek, B. i Wolak, E. 2016. Układ do pomiaru ciepła zwilżania sorbentów węglowych, PL 68196.
• 4. Centeno, T.A. i Stoeckli, F. 2008. Applcations of immersion calorimetry in Dubinin’s theory and in electrochemistry. Springer, s. 9–18.
• 5. Dubinin, M.M. 1987. Adsorption properties and microporous structures of carbonaceous adsorbents. Carbon 25, s. 593–597.
• 6. Grillet, Y. i Starzewski, P. 1989. Thermochemical studies of wetting phenomena of coals by organic solvents such as methanol or tetralin. Fuel 68(1), s. 55–57.
• 7. López-Ramón i in. 2000 – López-Ramón, M.V., Stoeckli, F., Moreno-Castilla, C. i Carrasco-Marín, F. 2000. Specific and non-specific interactions of water molecules with carbon surfaces from immersion calorimetry. Carbon 38, s. 825–829.
• 8. Lowell, S.I. i Shields, J.E. 1991. Powder surface area and porosity. Chapman and Hall, London 1991.
• 9. Nordon, P. i Bainbridge, N.W. 1983. Heat of wetting of a bituminous coal. Fuel 62(5), s. 619–621.
• 10. Razouk i in. 1968 – Razouk, R.J., Saleeb, F.Z. i Said, F.S. 1968. The heat of wetting and immersional swellijng of charcoal. Journal of Colloid and Interface Science 28(3–4), s. 487–492.
• 11. Szymański i in. 2002 – Szymański, G.S., Biniak, S. i Rychlicki, G. 2002. Carbon surface polarity from immersion calorimetry. Fuel Processing Technology 79, s. 217–223.
• 12. Van Krevelen, D.W. i Schuyer, J. 1959. Węgiel – chemia węgla i jego struktura. Wydawnictwo Naukowe PWN.
• 13. Wolak, E. i Buczek, B. 2015. Efekty cieplne zwilżania materiałów węglowych. Przemysł chemiczny 94/2, s. 1000–1003.
• 14. Zarębska, K. 2002. Praca doktorska, AGH, Kraków.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).