Poszukiwanie nowych kompozytów węgiel-węgiel na bazie węglowych porowatych kształtek z koksów i poli(alkoholu furfurylowego)

• Autorzy: Krzesińska, M. , Majewska, J. , Pusz, S.

Warianty tytułu

EN

The development of novel carbon carbon monolithic composites using cokes as block porous carbon support and poly(furfuryl alcohol) as a filler

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było otrzymanie monolitycznych kompozytów typu węgiel/węgiel z wykorzystaniem koksów jako nośników oraz poli(alkoholu furfurylowego) (PFA) jako wypełniacza. Koksy na nośniki wykonano z wybranych węgli oraz z mieszanek. Węgle wyjściowe pobrano ze śląskich kopalń: "Zofiówka", "Szczygłowice", "Krupiński" i "Jas-Mos". Dla uzyskanych materiałów zbadano: analizę elementarną, gęstość pozorną i rzeczywistą, porowatość objętościową, rozkład mezo- i makroporów, powierzchnię właściwą SBET, dynamiczny moduł sprężystości i przewodnictwo elektryczne. Wykonano również zdjęcia SEM. Koksowe nośniki kompozytów okazały się materiałami o wysokiej zawartości C w granicach 97,6-98,5 % wag., głównie makroporowatymi o średnicy porów 400-900 μm z małym udziałem mezoporów o średnicy do 20 nm. Badania wykazały, że uzyskane kompozyty węgiel/węgiel są porowatymi, lekkimi materiałami o gęstości pozornej poniżej 1 g/cm³ i porowatości w granicach 35-50 %. Struktura ich matrycy jest wytrzymała, bo pomimo dużej porowatości, moduł sprężystości jest wysoki rzędu 4 GPa. Wprowadzenie PFA do koksów spowodowało 4-5 krotne obniżenie ich przewodnictwa elektrycznego.

EN

The aim of the study was to develop carbon-carbon monolithic block composites using cokes as supports and poly(furfuryl alcohol) (PFA) as a filler. Cokes were produced using chosen coals and blends. Coals were collected from the mines: Zofiówka, Szczygłowice, Krupiński and Jas-Mos. The supports and the resultant composites were characterized by means of elemental analysis (CHN), low-temperature physical adsorption of nitrogen, gas helium densitometry, SEM as well as electric and ultrasonic measurements. Elemental analysis evidenced that the coke supports are carbon materials of the C content within the range of 97,6-98,5 wt %. The porous structure of the supports was found to be mainly macroporous with pores of dimension of order 400-900 μm with low contribution of mesopores of dimensions to 20nm. The resultant composites were found to be porous light materials with apparent density of less than 1g/cm³ and bulk porosity ranging from 35 to 50 %, with high stiffness evidenced by dynamic elastic moduli reaching values up to 4 GPa. Addition of PFA to the coke supports was found to decrease electrical conductivity of about 4-5 times.

Słowa kluczowe

PL

koks; kompozyt C-C; porowata struktura; moduł sprężystości; SEM

EN

SEM; elastic modulus; porous structure; composite C-C; coke

• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 2
• Strony: 81--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Krzesińska, M.

autor

Majewska, J.

autor

Pusz, S.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN, Zabrze,

Bibliografia

• 1. Krzesińska M., Pusz S., Koszorek A., Elastic and Optical Anisotropy of the Single-Coal Monolithic High-Temperature (HT) Carbonization Products Obtained on a Laboratory Scale. Energy & Fuels, 2005, t. 19, s. 1962.
• 2. Garcia-Bordeje E., Lazaro M.J., Moliner R., Alvarez P.M., Gomez-Serrano V., Fierro J.L.G., Vanadium supported on carbon coated honeycomb monoliths for selective catalytic reduction of NO at low temperatures: influence of the oxidation pretreatment. Carbon, 2006, t. 44, s. 407.
• 3. Jenkins G.M., Kawamura K., Polymeric carbons-carbon fiber, glass and char. Cambridge University Press 1976.
• 4. Burket Ch.L., Rajagopalan R., Marencic A.P., Dronvajjala K., Foley H.C., Genesis of porosity in polyfurfuryl alcohol derived from nanoporous carbon. Carbon, 2006, t. 44, s. 2957.
• 5. Chen Y.D., Yang R.T., Preparation of carbon molecular sieve membrane and diffusion of binary mixtures in the membrane. Ind. Eng. Chem. Res., 1994, t. 33, s. 3146.
• 6. Song C., Wang T., Wang X., Qui J., Cao Y., Preparation and gas separation properties of poly(furfuryl alcohol)- based C/CMS composite membranes. Sep. Purif. Technol., 2008, t. 58, s. 412.
• 7. Łukaszewicz J.P., Carbon-film-based humidity sensor containing sodium or potassium, Recoveiry effect. Sensor Actuat B-Chem., 1999, t. 60, s. 184.
• 8. Celzard A., Krzesińska M., Begin D., Mareche J.F., Puricelli S., Furdin G., Preparation, electrical and elastic properties of new anisotropic expanded graphite - based composites. Carbon, 2002, t. 40, s. 557.
• 9. Wang H., Yao J., Use of poly (furfuryl alcohol) in the fabrication of nanostructured carbons and nanocomposites. Ind. Eng. Chem. Res., 2006, t. 45, s. 6393.
• 10. Esteve-Turrillas FA., Perez-Cabero M., Garcia T., Zahedi S., Pastor A., Martinez R., Polyfurfuryl alcohol composite as adsorbent of poly chlorinated biphenyls and pyrethroid insectices. Polym. Test., 2007, t. 26, s. 587.
• 11. Sakintuna B., Yurum Y., Preparation and characterization of mesoporous carbons Rusing a Turkish natural zeolitic template/furfuryl alcohol system. Micropor. Mesopor. Mat., 2006, t. 93, s. 304.
• 12. de Almeida Filho C., Zarbin A.J.G., Hollow porous carbon microspheres obtained by the pyrolysis of TiO2/poly(furfuryl alcohol) composite precursors. Carbon, 2006, t. 44, s. 2869.
• 13. Pusz S., Krzesińska M., Smędowski L., Majewska J., Pilawa B., Kwiecińska B., Changes in a coke structure due to reaction with carbon dioxide. Int. J. Coal Geol., 2010, t. 81 s. 287.
• 14. Krzesińska M., Zachariasz J., Lachowski A.I., Development of monolithic ecocomposites from carbonized blocks of solid iron bamboo (Dendrocalamus strictus) by impregnation with furfuryl alkohol. Biores. Technol., 2009, t. 100, s. 1274.
• 15. Majewska J., Otrzymywanie i właściwości fizykochemiczne kompozytów biomorficznych z roślin włóknistych. Praca doktorska CMPW PAN, 2010.
• 16. Krzesińska M., Majewska J., Pusz S., The development of novel carbon-carbon monolithic composites using metallurgical cokes as block porous carbon supports. Proc. XVIth International Seminar on Physics and Chemistry of Solids, Lviv, Ukraine, June 6-9, 2010, s. 136.