Text
                    налитичвекие

и опоставительн ые
бзоры

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ИСПЫТАНИЯ
УГЛЕРОДНЫХ САЖ

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ИСПЫТАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ СА1 Р,А. Гемхбм« Э.И. Гольдман, Афанасьева Серкл Производство пк, резинотех- нических к асбеототехнических иаделиИ М'ИТЭнефтехии •Москва* 1968
УДК 678.046.2.01:543 Обзор составлен на основе материалов по наиболее распростра- ненным методам определения физико-химических и технических свойств углеродных саж. Представлены методики, стандартизованные в СССР и зарубежных странах, а также некоторые наиболее достоверные методики, не включен- ные в стандарты. Обзор представляет интерес для исследовательских и контроль- ных лабораторий заводов сажевой, минной и резино-технической отрас- лей промышленности. Обзор.составлен сотрудниками лаборатории Физико-химяй саж и усиления резни ВИМП Горшковой Р.А., Гольдман Э.И. и Афанасье- вой Л.К. под редакцией начальника лаборатории Лежнева Н.Н.
о I. ВВЕДЕНИЕ Сап используются весьма проко: в резиновой промыиленвостн ош применяются в качестве; усилителей* в лакокрасочной и полигра- фической - как пигменты, в электротехнической - для изготовления Электроуглей и т.д. В настоящее время отказались от оценю качества материалов только по качеству изделия. Вводится все бойне физически обосно- ванных точных лабораторных методов, позволяющих оценивать характер и величину характеристических параметров материала. Сказанное в полной мере относится к оценке свойств саж раз- личных типов и классов. Они весьма существенно различаются по структуре элементарных частиц, размеру и форме частиц, входящих в первичные жесткие цепочки (что определяет так называемую структур- ность саж), по рельефу поверхности, а также физико-химическим свой- ствам периферийных атомов углерода и поверхностных кислородсодержа- щих группировок. Многие методы физического и химического анализа саж очень слож- ны в исполнении и требуют специально оборудованных лабораторий. Не- которые получили широкое распространение в отечественных и зарубеж- ных контрольных лабораториях. Описание таких методов дано в настоящем сборнике* где приводят- ся методики ( стандартизованные к зестаидартизовенмые), пожучивпие признание в отечественных заводских и исследовательских лаборатори- ях, и методики, применяемые за рубежом. Божьикнство заграничных ме- тодик такого рода включены в сборники Американского общества харак- теристики материалов (А5ТМ). В ряде случаев приводятся два и более методов оценки одного к того же параметра. При этом дается сравнительная характеристика каждого из методов: относительная точность и быстрота иегов нения, аппаратурное оформление, физическая обоснованность.
П. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САХ Геометрическими ( несколько условно) называются те параметры сак, которые характеризуют размер, форму частицы или жестких цепо- чек частиц, величину и рельеф их поверхности. Прк гладкой поверхности частиц, сферической форме их и отсут- ствии структурности геометрические характеристики могут быть полу- чены прямыми измерениями диаметра или диаметров частиц; может быть рассчитан средний диаметр частиц, их удельное число и удельная по- верхность сажи. Однако в действительности необходимо определение реальной поверхности, что лучше всего осуществляется адсорбционны- ми методами. Расчет удельной поверхности по диаметрам частиц приоб- ретает тогда характер условности. Такая геометрическая удельная по- верхность может быть и больше, и меньше истинной (адсорбционной). Большая геометрическая удельная поверхность бывает у сильно струк- турированных сам, так как площади контакта частиц, реально не имею- щие поверхности, входят в расчетную величину геометрической поверх- ности. Во всех остальных случаях геометрическая удельная поверх- ность меньше адсорбционной, так как при расчете поверхность саж признается гладкой, что в действительности не наблюдается. Определение средних диаметров частиц, удельной поверх- ности и удельного числа частиц сажи методом электронной микроскопия (методика НИИШП) йывод расчетных Формул. Гасчеты основаны на принятии сферичес- кой формы частиц, что дан саж довольно близко к действительности. Если материал монодиспарсен, т.е. диаметры всех его частиц одинаковы, то удельную поверхность можно выражать как от- ношение поверхности 5 частицы к ее весу У, = (П-1) \'ррических частиц и. , где с^- дие- > частицы, а 0 - удельный вес материала,
Сажа не является монодисперсннм материалом, так как содержит частицы резвых диаметров, Для таких поииднсперсных систем единый диаметр с1 заменяется средним диаметром с^р . Если имеется в виду среднеарифметический диаметр , то он определяется по следующей формуле: <4О = > . • (П-3) 1/1^4 • а, 4, * + ... + ; (П-4) Т-п^ = п, + пг + ... ъ + ... , (П-5) где а- число частиц данного диаметра; л.,- число частиц с диаметром п.~ число частиц с диаметром <1А; п,- число частиц с диаметром с!с • Среднеарифметический диаметр недостаточно характеризует поли- дисперсную систему. Поэтому наряду с ним вводятся еще диаметры зредвеповерхностный и среднечастичный. формула (П-1) для полидисперсной системы принимает вид Г 5, Я Еп,. ; (П-7) «л, -о, (П-8) < _^1. 6________ &гЬь сС1 (П-9) Сопоставляя (П-9) с (П-2), легко видеть, что значению <1 в формуле (П-2) дан монодмсперскых систем соответствует выражение Г л-. с11 Г. а ррмуле (П-9") для полидисперсных систем. Это вы--
ражение названо среднеповерхностни» диаметром = (П-10) формула (П-9) «выражаемая удельную поверхность полидисперсной системы, может быть переписана так: (П-П) Удельное число частиц (число частиц в I г сажи) (П’12) Лян монодисперсной системы (П-И> где с1- диаметр частиц; у?- удельный вес материала. Для полидисперсной системы значение X % . берем из уравне- ния (П-8). Тогда ЕЧ. - 22п, € _ гп-ш - ЕЙ < Сопоставляя (П-14) и (П-13), можно видеть, что значению сР в формуле (П-13) для монодисперсной системы соответствует выраже- нию ~ в Формуле (П-14) для полидисперсной системы. Ко- рень кубичный из последнего выражения - среднечастичный диаметр (п“15) формула (П-14), выражающая удельное число частиц полидисперс- ной системы, может быть переписана так:
Подготовка сжжи для исследования в электронном микооскопе.Пое- парирование сежи дляэлектронно-ми крое конического исследования очень . ответственная операция. Необходимо добиться такого диспергирования . сажевых частиц, при котором на электронно-микроскопических фотогра- фиях значительное количество частиц будет видно более, чем на поло- вину своей окружности. Хорошее диспергирование достигается обработкой сажевой суспен- аии колебаниями ультразвуковой частоты. Для этой цели Может быть использован низкочастотный ультразвуковой генератор, имеющий магнит- но-стрикционный выход (излучатель)* на частоту в пределах 18-25 кгц, (например,выпускаемый Сумским заводом электронных микроскопов и электроавтоматики). В качестве среды, хорошо смачивающей сажу, используется водно- спиртовая смесь в отношении водя:этанолв!:I. Для саж с сильно заг- рязненной поверхностью доля спирте в смеси увеличиваемся. Для озву- чивания сажа и водно-спиртовая смесь помещаются в стеклянный стакан, диаметр которого должен быть приблизительно в I,3-1,5 раза больше ди- аметра наконечника излучателя. Общий объем жидкости определяется раз- мерами стакана и излучателя. Наконечник излучателя должен быть погру- жен в жидкость на глубин! 5-10 мм. Водно-спиртовая смесь наливается в стакан, который устанавлива- ется так, чтобы излучатель был погружен в жидкость на указанную глу- бину. Затем в жидкость всыпается взятая но кончик скальпеля щепотке сажи. Включается генератор (в соответствии с приложенной к прибору инструкцией) и после прогрева ламп - магнитострикционный излучатель. Продолжительность озвучивания колеблется от I до 10 мин в зави- симости от мощности генератора и'для каждого прибора подбирается экспериментально. При этом необходимо иметь в виду, что.значительное нагревание жидкости в стакане в процессе озвучивания существенно ухудшает диспергирование. По истечении установленного времени, не вы- ключая прибора, берут пинцетом заранее приготовленную сетку с подлож- кой, быстро обмакивают в обрабатываемую суспензию и переносят на фильтровальную бумагу, впитывающую избыточную жидкость. То же повто- ряется еще для 3-4 сеток, после чего прибор выключается. Зо избежание загрязнения сетки с нанесенной сажей высушивают под У / стеклянным колоколом ' • х/ Методы подготовки сеток и подложек описаны в книге А.Н.Пилянке- зича "Практика электронной микроскопии".
Злекюонно-микроскопическое исследование. Высушенные препара- ты сажи просматриваются в электронном микроскопе, и наиболее типич- ные хороио диспергированные участки фотографируются. Рекомендуемое увеличение определяется размером частиц исследуемой сажи: для боль- шинства промышленных сая - х 20.000. При печатании фотографий реко- мендуется дополнительное увеличение до х 50.000. Для каждой сажи следует делать не менее 3-5 фотографий, чтобы число обсчитываемых частиц могло быть не менее 800. Время экспозиция и контрастность фотобумаги подбирается для каждой сажи. Рекомендуется фотографировать при пониженной яркости электронного пучка. Обсчет и измерение частиц по фотографиям. Обсчет и измерение частиц сап на фотографиях или негативах производится либо с помощью проекционного микроскопа (или другого проекционного прибора), либо измерительного устройства, соединенного с индикатором, имевшим шкалу о ценой деления не более 0,01 мм. Измеряются диаметры всех частиц, видимых более чем на половину своей окружности. Для удобства фотографию делят на квадраты о помощь» карандаша и линейки. После обсчета частиц в первом квадрате последим зачеркивается, переходят ко второму квадрату и т.д. Результаты изме- рения заносятся в черновую таблицу для первичной записи (табл. I) в виде палочек в соответствующей строке; каждая палочка соответствует одной частице. Таблица 1 Первичная запись , Размеры частиц, мм 1~Число частиц, имеющих размеры в умшиинши ___________________-Ц________________пределах ................. До 0,50 . 0,50 - 0,75 0,75 - 1,00 1,00 - 1,25 1,25 - 1,50 - и т.д. Для более грубых сак можно укрупнить размеры интервалов (до 0,5 и 1,0 мм). Определив число частиц в каждом интервале п.^, про- изводят расчеты, предусмотренные табл. 2.
Таблица 2 Расчеты Размеры, частиц. мм | | л*. | | До 0,50 0,50 - 0,75 0,75 - 1,00 1,00 - 1,25 Ь,25Ъ . а.625 0,875 1.125 Итого... Е Ел^* Складывая данные по вертикали,,определяет значения и Еп.^ • которые затем подставляется в соответствующие форму- лы, с поправкой на общее увеличение ( А ) в виде коэффициента —— ; в результате формулы приобретает следующий вид: А ^“= ; (П9“) // — /Ел., с1* . 5у*= ’’ (П-1Ое) (П-П8) (П-15а) ' • Если в формулу (П-11) подстевлять значение с1с„ в микронах, то полученное значение удельной поверхности будет выражено в м2/г. Если в формулу (П-16) также подставлять значение с/сч 8 микронах, то в числитель формулы надо добавить множитель Ю^2. По данным табл. 2 можно также построить кривуо распределения частиц сажи по диаметрам, откладывая на едкой оси графика (с поправкой на увеличение), а не другой - в процентах к об- щему числу частиц Л’а, .
Определение удельной геометрической поверхности сажи кинетическим методом (метод ВНИИгаз) Кинетический метод,определения удельной геометрической поверх- ности пригоден для всех тестированных сам. Точность метода -5% от истинной (среднестатистической) величины удельной поверхности. В основу метода заложена способность углеводородов количественно раз- лагаться при высокой температуре (на поверхности углерода) на угле- род и водород. Скорость этого процесса зависит от природы поверхно- сти саж и величины поверхности. Однако по мере образования новых слоев скорость разложения углеводорода на единицу поверхности (вновь образованной) становится величиной достаточно постоянной и может служить мерой величины поверхности. Следует, однако, помнить, что истинного постоянства скорости разложения углеводорода на различных сажах добиться практически нельзя, так как структура нового слоя зависит от структуры подслоя. Следовательно, при разложении углево- дорода на поверхности двух навесок различных саж количество отло- жившегося на поверхности сажи углерода (т.е. привес навески) прак- тически пропорционально величинам поверхности саж. Скорость разложения паров углеводородов на поверхности двух равных навесок различных саж, одновременно помещенных в реакцион- ную зону (отношения привесов этих навесок), равна отношению их удель- ных поверхностей. Если удельная поверхность одной сажи известна (эта- лонная сажа), то легко может быть найдена удельная поверхность ис- следуемой сажи по формуле $и » В , где $и- удельная поверхность исследуемой сажи; удельная поверхность эталонной сажи; В- отношение привесов навески саж. Эталонные сажи. Указанная выше приближенность метода заставля- т подбирать для анализа сажи эталон наиболее близкой природы. . лиже удельная поверхность зталонной сажи к предполагаемой удсльь.й оверхности испытуемой сажи, тем точнее определение. Геометои«есг л дельная поверхность эталонной сажи определяется при помощи э;н-кт- (чого микроскопа. Для определения уд^гп । поверхности печных саж из жг/ксго •.и я (ПИ-100, ПИ-70, н - ?) рекомендуется применять эталл.ч тех 'св: канальная ; ; .• •• з . ксдиспорспая са.;а служит элгазги^
ДЛЯ анализа канальных саж с удельной поверхностью выяе 150 м^/г; канальная сажа ДГ-ЮО - для анализа саж ДГ-100; печная газовая са- же ПГ-33 - для анализа саж с удельной поверхностью - 30-70 м2/г; термическая сажа ТГ-Ю - для анализа термических саж. Подготовка сажи к определению ее удельной поверхности. Перед определением удельной поверхности сажи (как испытуемой, так и эталон- ной) с ее поверхности должны быть удалены летучие вецества и влага. Для этого сажа прокаливается в токе азота в течение 2 ч при темпе- ратуре 850-900°С (или в токе водорода в течение 30 мин при той же температуре). Прокаливание производится следующим образом. В реакционную трубку печи (кварцевую или фарфоровую диаметром 24-30 мм), нагре- тую до температуры опыта, подается ток азота сб скоростью 100 мл/мив. Азот предварительно очищается от следов кислорода пропусканием че- рез нагретую до 550°С кварцевую трубку с медной стружкой и супится пропусканием через колонку с осушителем (боксит или СоС^ , В две одинаковые фарфоровые лодочки помещают по навеске сажи (испытуемой и эталонной) по 0,1 г каждая с точностью до - 0,0002 г. При определении удельной поверхности низкодисперсных саж (удельная поверхность порядка 10 м?/г) вес навески увеличивают до 0,2 г. Ло- дочки с навесками сажи ставят на специальную подставку ("салазки") рядом и медленно вводят в зону постоянной температуры реакционной трубки, через которую не прекращается подача азота. После этого трубку закрывают. По истечении необходимого для обезлетучи-зния времени при непрекращающемся токе азота "салазки" с лодочками выд- вигают в конец реакционной трубки, где они остывают 1-2 мин. и затеи вынимают. После этого лодочки на 20 мин. помещают в эксикатор м взвешивают. Определение удельной поверхности сажи. Определение удельной поверхности производится следующим образом. Печь с помещенной в ней трубкой (такой, как для прокаливания) нагревается до температуры опыта, которая выбирается в зависимости от сорта испытуемой сажи. х/ Перед каждым прокаливанием и опытом необходимо проверять состоя- ние медной стружки. Если она покрылась серым налетом окиси меди, ее следует восстановить в токе водорода при 700°С. При отсутстьиж водороде окисленная медная стружка может быть восстановлена фор- мальдегидом. Для этого раскаленную окисленную медную стр.хку бро- сает в металлический сосуд с мебсльжим количеством метйлоього спирта. Сосуд закрывают крышкой и оставляют нс несколько минут.
При определении удельной поверхности высокодисперсных сеж трубку нагревают до 750-760°С, канальных саж - до 770-790°С, печных и тер- мических - до 800-810°С. Температуру реакционной эоны в трубке под- держивают' в пределах ±2°С от заданной температуры. При достижении заданной температуры через трубку начинают пропускать ток азота, насыщенный парами бензола. Для насыщения бензолом очищенный от кис- лорода и высушенный азот со скоростью 100 мл/мин пропускают через барботер с бензолом, помещенный в термостат при температуре 25-30°С. Через 15-18 мин. выходной конец трубки открывают и при нвпрекрвщао* щейся подаче смеси паров бензола с азотом выдвигают лодочки о прока- ленной сажей в эону постоянной температуры и закрывают трубку. Опыт продолжается 30 мин. После этого лодочки вынимают, дают им остыть сначала 1-2 мин. в конце трубки, а затем 20 мин. в эксикаторе, после чего взвешивают. Затем лодочки снова помещают в печь для повторного опыта. 'Привесы навесок сажи после каждого опыта должны быть не менее 5-7 мг, так как при меньших привесах уменьшается точность определе- ния из-за неточности взвешивания. Обычно проводят 3-4 опыта на одних и тех же навесках. Расхож- дение между отношением привесок в последовательных опытах должно быть не более 10$. Из полученных данных вычисляется среднее отноше- ние привесов и рассчитывается удельная поверхность. Примеры записей приведены в табл. 3 и 4. Таблица 3 Пример записи при удалении летучих из сажи 'ичямк ыг I Убыль в весе после Г Навеска сажи после гладки ыади, > ПРОКЭЛИВаНИЯ, МГ | ПРОКЗЛИВмНИЯ< МГ Печная {Испытуемая I Эталон Испытуемая ! Эталон । Испытуемая сажа сажа ! > сажа ! ; сажа эталон !!I!I 100,2 100,2 0,9 0,8 99,3 99,4 « Расчет удельной поверхности испытуемой сажи. Если удельная по- верхность эталонной печной сажи равна 46 м2/г, то поверхность испы- туемой сажи составляет 40 х Ц,79 _ 32 м2/г 100 <,79 - отношение привесов испытуемой с;ли к эталонной.
Пример записи при определении удельной поверх- ности сахи Поивес сахи.- мг! Эталон!Испытумая | ! саха ; ! I Темпе- ратура опыта, °С *Скорость по- !дачи азота, ! мл/мин •;Продолхи- ;тельноеть ।опыта, I мин. (Отношение при- ,весов испытуе- мой сахи к эта- лонной 7,5 6,0 800 100 30 0,80 7<5 5,9 800 100 80 0,78 7,5 6,0 800 100 30 0,80 7,5 6,0 800 100 30 0,80 Среднее 0,79 В зависимости от поверхности испытуемой Сахи эталон (печная саха), может быть заменен эталоном, указанным выше. Определение удельной геометрической поверхности Сахи колориметрическим методом (метод НИИИП, ГОСТ 7885-63) Принцип метода состоит в уменьшении интенсивности светового пучка, проходящего через суспензию, содержащую устойчиво взвешен- ные сахевые частицы или агрегаты. Это уменьшение оценивают путем измерения оптической плотности и суспензии и контрольной жидко- сти ( дистиллированной воды). Колориметрический метод правильнее было бы называть абсорбцио- метрическим. 3 связи с неоднозначностью Ъ применение этого мето- да строго ограничено анализом однотипных серийных сах. Однако боль- шим достоинством является хорошая воспроизводимость результатов. Статистически показано, что разброс данных не превышает I м2/г. Измерения производят в ближней ультрафиолетовой области при длине волны 3130 д с этой целью используют фотоэлектроколориметр чарки ФЭК-56. Из Двух осветителей прибора один - ртутная лампа СВЛ-120А, в спектре которой находится волна указанной вике длины, •’ажевая суспензия, так же как и коллоидный раствор не подчиняется :.з естнсму закону Буге-Ламберта-Бэра, согласно которому
где <7- интенсивное» монохроматического света, падающего на раствор; интенсивность света, прошедшего через раствор; С- концентрация; 4- толщина слоя раствора; К- константа, имеющая размерность площади (м^). у Величина именуется оптической плотностью. Из приведенной формулы видно, что при соблюдении закона Буге- Ламберта-Бэра, при постоянной концентрации С и толщине 4 слоя раствора оптическая плотное» 1) пропорциональна константе К. Последняя трактуется как площадь непрозрачных "экранов", создаю- щихся молекулами растворенного вещества. При постоянных С и 4, ^пропорционально эффективному диаметру молекул растворенного ве- щества. Аналогичное толкование для коллоидного раствора должно бы- ло бы дать пропорциональное» Э диаметру частицы и, следователь- но, ее,геометрической удельной поверхности. Однако такое толкова- ние неправомерно, так как коллоидные растворы не подчиняются зако- ну Буге-Дамберта-Бэра: зависимость И от С, от с( и от К нели- нейна. Такая зависимость для каждого типа сажи определена и описы- вается конкретной кривой. На малых отрезках можно принять указанную зависимость линейной и найти коэффициенты для расчета удельной гео- метрической поверхности по величине "О . Приготовление суспензии. Пробу сажи просеивают через сито № 014К (ГОСТ 3584-53) и высыпают в бюкс с притертой крышкой. Из просеянной пробы на аналитических весах берут навеску (в фарфоро- вом тигле диаметром 10-15 мм) 0,0500 г с точностью до 0,0002 г. Взятую для диспергирования навеску осторожно высыпают в стеклянную воронку магнитострикционного устройства генератора УЗУ-1,5, добавля ют 3 мл смеси смачивателя 0П-10 с водой (1:3 по объему) и 7 мл воды Воронку закрывают крышкой. Дальнейшие операции проделывают согласно инструкции по работе с генератором. Диспергирование производят И течение 10 мив. для саж ДГ-100, ДМГ-80, ПН-100, Пй-70, ПМ-50 И 5 мин. - для остальных саж. Приготовленную таким способом суспензию выливают Через воронку (диаметром 10-15 см) в мерную колбу на 500 мл, в которую предвари- тельно наливают дистиллированную воду, приблизительно до 2/3 объе- ма. Остатки смеси из воронки магнитострикционного устройства тад-
тельно смывают в ту же колбу и доводят дистиллированной водой со- держимое последней до метки. Если при выливании смеси в колбе об- разовались пузырьки, их сдувают с помощью резиновой групи и уже после этого доводят содержимое колбы до метки. Полученную суспензию энергично взбалтывают в течение I мин. и 3 мин. отстаивают от пузырьков воздуха. Затем в другую колбу на 500 мд ^наливают дистиллированную воду приблизительно до 2/3 ее объема. Из приготовленной ранее суспензии отбирают пипеткой 10 мл, переносят во вторую мерную колбу, доводят до метки, взбалтывают и дают отстояться 2-3 мин. Эта суспензия, содержащая 2'Ю^г сажи в I мл, является окон- чательной и пригодной для определения оптической плотности. Измерение оптической плотности суспензии производят в кюветах длиной 50 мм фотоэлектрическим колориметром марки ФЭК-56, включен- ным в осветительную сеть (в обращении с прибором руководствоваться заводской инструкцией). Перед началом измерений необходимо подготовить прибор в сое .- ветствии с инструкцией завода-изготовителя и проверить установку осветителя. Затем кюветы и крышки к ним тщательно ополаскивают дистиллированной водой. После этого одну из кювет дважды ополаски- вают приготовленной суспензией, наполняют до метки этой суспензией и закрывают крышкой. Вторую кювету заполняют дистиллированной во- ' дой. Просматривают рабочие поверхности кювет (торцевые) на просвет и приставшие пузырьки воздуха удаляют покачиванием кюветы или пов- торным наполнением. Осушают кюветы снаружи фильтровальной бумагой досуха и вытирают батистовой тряпкой. Обе кюветы устанавливают в гнезда держателей правого плеча, а третью (длиной 3 см), наполненную водой, помещают в гнездо держа- телей левого плеча. Измерение оптической плотности производят при светофильтре Н- I по способу, описанному в инструкции, приложенной к прибору. Каждое измерение повторяют два раза. Если значения оптической плотности .для обоих измерении отличаются не более чем на несколько единиц третьего знака, то среднее арифметическое значение оптичес- кой плотности принимают за оптическую плотность суспензии. Если "ссхождение больше, то необходимо проверить компенсацию прибора, С;.торив все измерения скачала. Д си поаторш е измерений и в этом случае не дают сходящихся ре .-'ультзтов, то сотерлимое наветы выливают, заливают новую порцию с^с11.-;!'зли и повторяют все измерения.
для каждой сажи берут две навески. Бели полученные результаты отличаются более чеы на две единицы второго знаке, работу повторя- ют с третьей навеской. Контроль за состоянием прибора. При продолжительной работе фотоэлектроколориметра интенсивность света, излучаемого осветителем может уменьшиться, а прибор - загрязниться сажей. Возможны и другие явления, вызывающие искажения показаний прибора, особенно при недо- статочной стабильности напряжения питающей сети. С целью проверки состояния прибора необходимо ежедневно перед началом работы готовить суспензию эталонной сажи (как описано выше) и в течение рабочего дня периодически производить измерения ее оп- тической плотности. При нормальном состоянии прибора оптическая плотность суспен- зии эталонной сажи, приготовленной в соответствии с данной инструк- цией, может колебаться в пределах двух единиц во втором знаке после запятой. При наличии нескольких приборов допускаются колебания в четыре единицы второго знака. Бели колебания оптической плотности суспензии эталонной сажи выходят за указанные пределы, необходимо проверить Чистоту прибора, сменить осветитель или произвести ремонт прибора по указанию спе- циалистов. После чистки или ремонта положение осветителя устанав- ливается заново. Выбор кювет. Кюветы (длиной 5 см) могут различаться оптичес- кими свойствами стекла. Поэтому для каждого прибора надо выбрать две рабочие кюветы и постоянно использовать одну из них для иссле- дуемой суспензии, другую - для дистиллированной воды. Лучшими будут те кюветы, в которых суспензия эталонной сажи покажет наименьшую оптическую плотность. Расчет удельной геометрической поверхности. Расчет геометри- ческой ( $г ) поверхности производят по формулам, приведенным в табл. 5, в соответствии с оптической плотностью суспензии эталонной сажи. За результат измерения принимают среднеарифметическое двух параллельных определений.
Таблица 5 Формую для расчета удельной геометрической поверхности саж ...............-.1—I I -И .X ,1 «И!— Оптическая плот- [Удельная геометрическая поверхность для марок ность суспензии I сяж. м^/г эталонной сап !————-------------г •***"'^ I ДГ-1ОО I ЛМГ-80 I ТИ-7О 0,790 137,20-15,9 230,50 -97 1150 -10,2 0,7® 137,20-14,6 230,50 -96 1150- 9,6 0,780 137,20-14,0 230,50-95 . 1150- 9,1 0,775 137,20 -13,3 230,50-94 . 1150- 8,5 0,770 137,20-12,7 230,50-93 1150- 8,0 0,765 137,20-12,0 230,50 -92 1150 - 7,4 0,760 137,20-11,8 230,50-91 1150- 6,8 0,755 ;.13?,2О-Ю,7 230,50-90 П50- 6,3 0,750 137,20 -10,0 230,50-89 1150-5,7 0,745 137,20 - 9,4 230,50-88 1150- 5,1 0,740 137,20 - 8,8 230,50-87 1150- 4,5 0,735 137,20 - 8,1 230,50 -86 1150- 3,9 0,730 137,20- 7,5 230,50-® , 1150- 3,4 0,725 137,20- 6,9 230,50 -84 1150- 2,9 0,720 137,20- 6,2 230,50 -83 1150- 2,3 Определение удельной адсорбционной поверхности сап по низкотемпературной адсорбции азота (метод БЭТ) с помощью упрошенного прибора (метод ВНИИТИСМ) Метод Бруна эра, Эммета и Теллера (БЭТ) основан на определении кохичества азота, адсорбируемого плотным монослоем на поверхности твердого тела'прн температуре, близкой к температура жидкого азо- 18, В этих условиях исключаются проникновение газа внутрь твердого !Ыа и химические реакции на поверхности. Адсорбция газа твердим таном по БЭТ внражается следуюмей формулой: гр -----------------------------------, (П-17)
где V- количество адсорбированного газа, измеряемое его объе- мом при нормальных условиях, см3} у-‘ количество газа, покрывающее адсорбент насыщенны! мо- номолекулярным слоем при нормальных условиях, см8; (3- давление насыщенных паров при температуре опыта, мм рт.ст; Р- равновесное давление газа, мм рт.ст.; С - ежр , где дб - ревность между теплотой ад- сорбции данного газа (азота) на адсорбенте (сажа) при температуре опыта и теплотой его конденсации. Количество адсорбированного азота V определяется ко умень- шению его.давления в замкнутом объеме (объемный «кесеб) и рассчи- тывается по формуле Р глз)но где \л/— объем системы, в которой производится адсорбция, см; лР- уменьшение давления газа в системе в результате адсорб- ции, мм рт.ст.; Г- комнатная температура; Но~ атмосферное давление, мм рт.ст. Удельную поверхность исследуемого материала (сап) определяю формуле где удельная, поверхность, мс/г; навеска адсорбента (сажи), г; б- площадь, которую покрывает I см3 азота (в нормальных условиях) при температуре 195,6°С в виде сплошного монослоя. Допу< кается, что плотность упаковки молекул азота на поверхности тверд» го тела (сажи) такая же, как в жидком состоянии. В этом случае & равна 4,4 м2/см8.
Прибор для массового определения удельной поверхности саж по методу низкотемпературной адсорбции азота. Прибор представляет со- бой вакуумную установку, изготовленную из стекла (марки'ЗС-5) ж смонтированную на каркасе'. Принципиальная схема адсорбционного при- бора изображена на ряс. I. Вакуумная часть прибора состоит из 12 кювет I, включенных в две параллельно работающие линии (наличие двух независимых линий в приборе (верхней и нижней) рассчитано на непрерывную работу). С помощью одной линии на б кювет производятся замеры, на другой - смена проб н вакуумирование. В схему приборе входят также калиброванная колба 2, ртутный манометр 3, дифферен- циальный манометр 4, колба с запасом азота 5, ампула с активиро- ванным углем б, манометрическая лампа 7, вакуумные крены 8-16, жовуакя к соединительные трубки. Для создания в приборе разрежения к нему присоединяется фор- вакуумный насос (например,марки РВМ-2О или ВН-461). Разрежение ' контролируется с помощью термопарного вакуумметра (ВИТ-1 или ВТ-1), который может быть заменен манометром Мак-Леода. Кюветы предназначены для проб исследуемого материале н пред- ставляют собой сосуды бутылкообразной формы емкостью 60-70 см3, присоединяющиеся к прибору с помощью влифов. Шлифы отключают кю- веты от системы поворотом вокруг оси. Калиброванная колба - сосуд емкостью около 200 см9. Объем ое, отсекаемый краном 9, должен быть тщательно измерен до того, как колба вмонтирована в прибор. С помощью калиброванной колбы в даль- нейшем производятся все необходимые измерения объемов системы. Ртутный манометр предназначен для измерения давления в систе- ме, а дифференциальный - для измерения разности давлений, которая возникает при адсорбции. Вакуум в закрытом колене ртутного мано- метра возобновляется с помощью крана 8, соединяющего это колено с вакуумной линией. Колбочки перед кранами предохраняют манометры от поломок в случае неосторожного обращения с прибором. Дифферен- циальный манометр наполняется маслом (марки Д-1 или ВИ-4) и при- соединяется к системе креном 12, который позволяет при необходи- мости отключить дифференциальный манометр от системы. Краны 15 и 16 предназначены для попеременного подключения линий с кюветами к насосу и к измерительной системе. Ампула 6 с краном 15 служит для контроля температуры, при которой происходит адсорбция. Наполнение системы азстом к пуск воздуха в кюветы при смене исследуемых образцов происходят с помощью крема 14. Запас
ааота хранится ж колбе 5, По мере расходования азот «в ммбщ 5 до- бавляется ж систему посредством крана 10. Рас. I. Првдпяпяальяая схема адсорбционного прибора Подготовке прибора к работе. Дня подготовки прибора к работе необходимо: тщательно промыть чистым бензином иди бензолом инфы кювет и кранов, высушить их и смазать вакуумной смазкой; заполнять манометр ртутьо, а дифференциальный манометр - маслом; присоеди- нить прибор к вакуумному насосу и вакуумметру, откачать из всех его частей воздух и проверить герметичность. В случае негерметич- ности прибора, место течи можно обнаружить искровым разрядником (трансформатор Тесла). Течи завариваются или заклеиваются пецеи- нои. С помощью кранов 12 и 8 обе части манометров следует соеди- нить между собой и с вакуумной линией и поставить прибор под ва- куум для тренировки. После окончания тренировки произвести наполнение колбы 5 аготом. Для этого к крану $4 присоединяется резиновая трубка, ко- нец которой опускается в жидкий азот. Дифференциальный манометр отключается от системы, а кран 8 ставится в такое положение, ког- да оба колена манометра сообщаются между собой. С помощью крана 15 иля 16 поставить одну из линий под вакуум и слегка приоткрыть кран 20
14 тек, чтобы йзот медленно откачивался из дьюара. При этом проис- ходит удаление находящегося в резиновой трубке воздуха. После нес- кольких минут такой откачки отключить насос и поворотом кране 15 или 16 пустить азот в колбу 5. После того как в колбе установится атмосферное давление, закрыть краны 14 и 10, откачать избыток азо- та из системы и азот из закрытого колена ртутного манометра к по- ставить кран 8 в среднее положение, Затем измерить адсорбционные объемы системы, используя извест- ный объем калиброванной колбы и применяя закон Бойля-Мариотта (на- мерения производят для каждой кюветы в отдельности). Для этого за- меряют давление газа в системе при открытом кране 9 ( А, ), затем кран 9 закрывают и откачивают газ. Вновь открыть кран 9, при этом остальные краны должны быть доставлены в такое положение, чтобы азот, находящийся в колбе 2, распространился только в измеряемый объем. Далее замерить давление газа Лг. Из измеренных величин дав-- ления и известного объема колбы 2 ( а) ) вычисляют искомый объем: М = А- и) • (П-19) ьг. Произвести градуировку дифференциального манометра по ртут- ному. Для этого измеряют показания ртутного манометра при разных давлениях в системе и относят разность между двумя показаниями к соответствующей разности показаний дифференциального манометра. Средняя величина этого.отношения, взятая по нескольким измерениям, является пересчетвым коэффициентом от масла к ртути. Измерения следует вести в рабочем диапазоне давлений - от 50 до 250 мм рт.ст. Поправки на охлаждение газа в кюветах. При определении удель- ной поверхности адсорбента измеряют уменьшение давления в приборе, которое происходит при погружении кюветы с адсорбентом в жидкий азот. Уменьшение давления обусловлено как адсорбцией газа, так и его охлаждением в свободном объеме кюветы. Поскольку объем кювет' не очень мал, уменьшение давления за счет охлаждения является су- щественным, и его следует учитывать в расчетах. Для нахождения поправки на эффект охлаждения присоединяют одну из линий кювет к манометрам, находящимся в рабочем положении; далее открывают кран 9 при закрытых других кранах, соединяют одну из незаполненных кювет (В I) с линией, а остальные оставляют в отключенном положении; измеряют показание дифференциального мано- - метра и погружают эту кювету в жидкий азот так, чтобы уровень его
в дьюаре находился приблизительно на середине иейки кюветы (это условие следует соблюдать при всех измерениях). После того как по- ложение уровней дифференциального манометра перестанет изменяться (через 10-15 мин.) измеряют показание ртутного и дифференциально- го манометров и вычисляют отноиение К= ’ (П-20) где дА.-изменение давления по шкале дифференциального маномет- ра. мм масляного ст.; />- давление -азота в системе по шкале ртутного манометра, мм рт.ст.' Такие измерение производят для нескольких значений давленая газа и из вычисленных значений К| берут среднее. По окончании на- мерений с кюветой * I ее отключают, затем-производят такие хе из- мерения с кюветой $ 2 и вычисляют коэффициент м т,д’ Опыты производятся поочередно со всеми кюветами обеих линий. В случае, если объемы кювет приблизительно одинаковы и все б ши 12 коэффициентов мало различаются, из них берут среднее. В практике измерений удельной поверхности часто оказывается, что адсорбент занимает значительную делю объема кюветы. Это приво- дит к тому, что величина поправки на эффект охлаидения, найденная дня пустых кювет, меняется. Для того чтобы учесть это изменение, производят опыты, подобные ухе описанным, с той линь разницей, что в каждую кювету помещают кусочки стекла по 10-30 г. Такие опыты в сочетании с опытами с пустой кюветой дают возможность рассчитать поправочные коэффициенты К для любой навески исследуемого материа- ла. Измерение и расчет удельной поверхности. Для измерения удель- ной поверхности исследуемых материалов необходимо взять навески этих метериалов, исходя из того, что величина суммарной поверхно- сти кахдой из них должна быть больше 5 м2 и меньше 100 м2 (прини- мая во внимание точность измерений и высоту рабочей части икалы дифференциального манометра). Поместить навески в кюветы и поставить на вакуумирование с обо* гревом при температуре около 200°С. Для обогрева навесок удобно использовать цилиндрические электропечки, скрепленные с помощью деревянного бруска по б ату к. Печки, обмотки которых соединены последовательно, одеваются одновременно на б кювет и укрепляются
на приборе крючками. По достижении разрежения порядка Ю-^ мм рт.ст. насос я электрообогрев отключаются. После того как кюветы примут комнатную температуру, следует соединить их с измерительной системой, добавить из колбы 5 газ с тем,, чтобы давление в системе было порядка 150-250 мм рт.ст. Затем отключить от системы все кюветы, кроме одной, измерить иоказание дифференциального манометра и погрузить кювету в дьюар с жидким азотом, как это делают при определении поправок на эффект охлаждения. После того как положение уровней масла в дифференциальном ма- нометре перестанет изменяться (до прошествии 20-30 мин.), надо за- висеть «оказания ртутного и дифференциального манометров. Растет величины удельной поверхности (м^/г) производится по . (П-21) У V» Ао4,# - постоянная для данного объема система при комнатной темпера- туре и атмосферном давлении; определяется по формуле (П-17); ’л» - вес исследуемой пробы, г; поправочный коэффициент на эф- фект охлаждения с учетом номера кюветы и величины навесди; к- коэффициент пересчета от масла к ртути; объем системы, см3; ?- комнатная температура, °С. Контроль температуры, при которой производится адсорбция. Коли- чество газа, адсорбируемого твердым телом, зависит от его температу- ры. Так, например, если в качестве охладителя применять жидкий кисло- род с температурой кипения - 183°С, то количество адсорбированного азота в интервале равновесных давлений 100-250 мм рт.ст. будет в 1,4-1,5 раза меньше, чем при использовании жидкого азота с темпе- ;з?урой кипения - 195,8°С. Для получения правильных данных при рас-
чете удельной поверхности следует учесть, что при - 183°С величина С«П0, а ?0 = 760 мм рт.ст. Это следует иметь л виду, поскольку технический жидкий азот в той или иной степени всегда содержит в себе кислород, наличие которого несколько повышает температуру его кипения и приводи к ошибкам при определении удельной поверхности, если не учитывать изменения величин С и Ро с температурой кипения. Однако определить абсолютную температуру кипения жидкого азо- те достаточно сложно. Значительно удобнее определять непосредственно уменьшение ко- личества адсорбированного газа по сравнению с тем, которое должно наблюдаться при -195,8°С, и вводить соответствующую поправку. Для этой цели в приборе предусмотрена ампула 6 с запаянным в нее небольших количеством активированного угля. Ампулу с адсорбен- том предварительно вакуумируют, затеи снимают зависимость уменьше- ния давления в системе (по шкале дифференциального манометра) от величины равновесного давления при погружении этой трубки в жидкий азот с очень малым содержанием кислорода. По полученным данным стро- ят график уменьшения давления в системе в зависимости от равновесно- го давления азота Р, при изменении температуры в трубке с активиро- ванным углем от комнатной до - 195,8°С по шкале масляного манометра дб . Иными словами, строят график / (Р). 3 дальнейшем для контроля температуры кипения, применяемого в опытах жидкого азота, необходимо вводить поправку, равную отношению величины аА к аналогичной величине (подученной эксперимен- тально при использовании технического азота). Точность измерения. Погрешность измерений удельной поверхности на этом приборе составляется из неточностей в отсчетах давления и отклонений величин посадочной площадки молекул от теоретических зна- чений в зависимости от температуры, давления газа н типа адсорбента. Известная погрешность вносится также за счет тоге, что ййШДО* ние величины Ут производится лишь по одной точке изотйрйма Дйй сценки величины этой погрешности были измерены изотермы адсорбций азота на различных адсорбентах при температуре Кипения технического жидкого азота. По этим изотермам определялись величины С, \/т и удельная по- верхность для ряда значений равновесного давления газа. Ре- зультаты вычисленных значений • представленные в тзбл. 6, определены из уравнения (П-17) при С«2#0 и Р*?60 мы рт.ст.
Таблипа 6 Значения У/У/п* помученные на различных адсор- бентах, в зависимости от равновесного давления Наименование ^Равновесное давление'азота, мм от.ст. материалов 1 50 1 150 ! 150 1 250 ! 250 V/Ут (теоретическое)... 1,00 1,10 1,21 1,34 1,48 Сака печная , 1,01 1,07 1.15 1,24 1,31 Сажа канальная 1,14 1,17 1,20 1,23 1,27 Метод еНИИТИСМ очень удобен для п олу экспрессного определения адсорбционной удельной поверхности сад. Он дает хоровую сходимость с данными классического метода БЭТ. Определение удельной адсорбционной поверхности саки по адсорбции фенола из водного раствора (метод НИИВП, ГОСТ 7885-63) Метод основан на определении количества фенола, адсорбирован- ного кз водного раствора навеской секи. Адсорбцию производят после удаления адсорбированных газов и разруаеаия при 800°С (обеэлетучи- вания) поверхностных соединений саки .в токе азота при нагревании. Содержание фенола в растворе устанавливают с помощью интерферо- метра сравнением показателей преломления растворителя и испытуемого раствора с применением калибровочной кривой. Молекула фенола - плоская. При адсорбции на твердой поверхно- сти саки при малых степенях заполнения она ориентируется в основ- ной алоскостно. По мере заполнения слоя молекулы сближаются, сохраняя в основ- ном плоскостную ориентацию. Ребровая ориентация появляется при высо- ких степенях заполнения, соответствующих высоким равновесным концент- рациям фенола в растворах. Изотерма адсорбции фенола сажами из водной средн имеет характер выпуклой кривой. В значительной степени эта кривая опиемврется урав- ненном изотермы Лзнгмюрв. Обласп изотермы, приближенно пераллв.п— ная оси кончентр':-1мй, се^-тветствует плотному монсевою молекул, - о|иентиоов-.яннх плоскостио на пэаерхноств. В этой осязст» спг-ц
нив удвжьной поверхности неизвестной сажи возможно по одной точно изотермы. Подготовка установки для обнзлетучивания сажи. Прежде чем при- ступить к обезлетучкванию сежи,необходимо привести установку (рис.2) в рабочее состояние. Дия этого подготавливают медные стружки, при- меняемые для удаления следов кислорода, содержащегося в азоте. Медные стружки плотно набивают в кварцевую трубку I (диаметр 23-27 мм) длиной 500 мм, открытую с обеих сторон, заполняя ими средние 200-миллиметровые трубки. Затем трубку с обеих сторон за- крывают просверленными резиновыми пробками, в отверстия которых вставляет узкие (5-6 мм) стеклянные трубки с плотно одетыми рези- новыми квантами. Трубку о медншш стружками помещают в печь Й I, соединяют с баллоном азота 3 и колонкой 3, наполненной прокален- ным хлористым кальцием. Рии 2» Установка для обезлетучивапия сажи Проверка степени чистоты азота. Степень чистоты еооте проворя ют с поноцью специального -рибора (рис. 3) следующим образом. В <д до из колен I прибора до -овины его объема насыпают медные ст
м. В молено 2 наливают 25^-ный водны! раствор аммиака я трехходо- вым креном 9 при помоци каучукового манга соединяет его с кварце- вой трубкой, наполненной медными струккамк и нагрето! до 800°С. Открывает крэк 4. В течение нескольких минут пропускает азот через прибор для вытеснения всего воздуха, находяцегося в система. После этого прибор наклоняет таким образом, чтобы раствор аммиака пере- местился в колено о медными струккеми. Если кислород в азоте прак- тически отсутствует, раствор аммиаке остается бесцветным. Такой азот можно использовать для пропускания через салу. Если не раст- вор аммиака над медными стружками окрасится в бледно-синий цвет* что указывает на неполноту очистки азота от кислорода, то необхо- димо заменить медные стружки в кварцевой трубке свежими. Обезлетучиванне сажи. Перед началом обеадетучиэанкя сажи вклвчают печь ЖХ (см. рис. 2), в которой помелена кварцевая трубка I с медными стружками к доводят температуру ее до 80С°С. Затем в аапаяннув с одного конца кварцевую трубку 2 диаметром 23-27 мм и длиной 250-300 мм помекает 3-4 г саки, предназначен- ной для освобождения от летучих вецеств. Трубку плотно закрывает
досверленной резиновой пробкой, в отверстие которой вставлены две тонкие трубки диаметром 5-6 мм. Одну из ни, кварцевую 5 продвига- ют так, чтобы азот проходим через весь слой сам. Другая, укоро- чения стеклянная труба 6, служит дан выхода газов из системы; оде- тый и эту трубку каучуковый манг опускают в сосуд с водой 7 дан того, чтобы по пузырькам азоте определять скорость его прохождения. Трубку с сажей кладут на металлическую подставку, обернутую асбес- товым кнуром, а тонкую кварцевую трубку 5 соединяют каучуковым ялангом с колонкой 4. Когда температура печи * I достигает 800°С, через систему на- чинают пропускать азот в течение 0,5 ч. Одновременно нагревают печь й> 2 до 700°С. Поме достижения этой температуры в печь встав- ляют (до середины печи) кварцевую трубку с сажей. Обеалетучивание проводят в течение I ч, считая с момента установления температуры (после ввода холодной трубки в печь температура печи несколько снижается). Через I ч трубку с сажей вынииют и снова кладут на подставку при непрерывном пропускания азота, которое продолжается до охлаждения трубки до комнатной температуры. Затем из трубки осторожно вынимают пробку вместе с узкими трубками и пересыпают сажу в сухую склянку или бюкс с притертой пробкой. Настроение калибровочной кривой. Для построения калибровоч- ной кривой необходимо приготовить не меиее 10 растворов фенола Различной концентрации (ст 60 до 200 мй/л) (с фенолом следует об- ращаться очень осторожно). Банку с фенолом (ч.д.а.) помещают в горячую воду, нагретую до 60-70°С. Когда кристаллы расплавятся, в зту массу опускают стеклянную трубку, набирают нужное количество и,зажимая верхнее отверстие трубочки пальцем, переносят расплав в сухую мерную кол- бу емкостью 50-100 мл, затем взвешивают (можно предварительно взвесить на часовом стекле одну каплю расплавленного фенола для определения приблизительного количества капель, необходимого для каждого раствора). Затаив мерную колбу наливают дистиллирован- ную воду до метки и тщательно взбалтывают. Намерение концентрации приготовленных растворов производят в кювете интерферометра длиной I см. В правую ячейку кюветы нали- вают дистиллированную воду, в левую - испытуемый раствор. Предварительно обе ячейки тщательно промывают дистиллирован- ной водой, а левую - испытуемым раствором. Вливание и выливание раствора фенола производят с помощью стеклянной трубочки. После
зтого кювету погружают в термостат прибора, наполненный дистиииро ванной водой, выдерживают в вей 2-3 мин, разменивая воду непалкой дая выравнивания температуры. Затем включают осветитель и наблюда- ют интерференционный спектр в окуляр. Врацая барабан компенсатора, добиваются такого положения, при котором верхний подвижный спектр станет тождественным с неподвиж- ным нижним. Для каждого раствора записывают показания икалы интерферомет- ра. После этого на листе миллиметровой бумаги по осн абсцисс от- кладывают концентрацию раствора в мМ/л, а на оси ординат - соот- ветствуюцие ей показания икалн интерферометра; полученные точки соединяют плавной кривой. Приготовление раствора Фенола» Раствор феноле для адсорбции концентрацией 180-200 мМ/л готовят тек хе, как и растворы, пред- назначенные для построения калибровочной кривой (см. предыдуций раздел). Адсорбция Фенола санами. Навеску сажи т 1,0000 - 0,0002 г, взвеиенную на аналитических весах, всыпают в стеклянную пробирку, куда добавляют из бюретки 10-20 мл раствора фенола V концеитрацкх Со 180-200 кН/л. Пробирку плотно закрывают резиновой пробкой и энергично взбалтывают до полного смачивания сажи раствором; зятем обернутые тканью пробирки укладывают в коробку и помелеют на 30 мин. в аппарат для встряхивания. Затем раствор фенола отделяют от сажи при помоци складчатого фильтра. Скляночку с фильтратом плот но закрывают резиновой пробкой. Концентрацию фенола в фильтрате С измеряют как при иострое- ини калибровочной кривой. По разности концентраций исходного раст- вора и фильтрата Со-С устанавливают количество фенола А, адсорби- рованного навеской сахи: Л- . <"-»> Расчет удельной адсорбционной поверхности. Расчет удельной адсорбционной поверхности производят по формуле: ао =г/г,ол ^иг/г г где величина 212,0 получена из отноиения: 212,0 = — , 1000
где М- плодадка фенола, равная 85,г22; Л- число Авогадро. Определенна масляного числа (абсорбция дибутилфталата) (метод НИИШП, ГОСТ 7885-68) Масляным числом называется количество дибутилфталата, абсор- бируемое навеской сани при ее уплотнении до стандартного' состоя- ния. Степень уплотнения определяется визуально. Абсорбция смачивающей жидкости уплотненной сажей определяет пряный сорбционный объем сажи, т.е. объем, не занятый веществом оажи. Чем структурное сажа, тем сложнее конфигурация жестких це- почек ж тем бельме полный сорбционный объем. В более старых методиках применялось льняное масло, позже оно было заменено дибутилфталатом - стабильным и стандартным же» жеста ом. Применяемые аппаратура я реактивы; чашка фарфоровая, диаметр 8-10 см; мякробюретка на 1-2 мл; лопатка стеклянная жди алюминиевая; дибутмжфтзлат. Проведение испытаний. 1,0 г испытуемой сажи марки ПГ-33 ( или 0,5 г - остальных марок), отвешенной с точность» до 0,01 г, помекают в фарфоровую чайку и приливает из ммкробнретки 80-90% объема дибутилфталата. ( средний расход на взятую навеску испытуе- . мой сежи). Этот объем устанавливают для каждой марки оажи предг верительными опытами, в которых дибутилфталат прибавляют к навеске сажи по каплям. Смесь сажи и дибутилфталата тщательно растирают стеклянной ии алюминиевой палочкой (диаметр 7 мм, длина 120- 130 мм), которая заканчивается плабтинкой овальной формы разме- ром 18-22 мм, находящейся пол углом Т35° к палочке, до тех пор, пока не -исчезнут маслянистые следы дибутилфталета на стенках фар- форовой чашки. Следуюжие порции дибутилфталата, капает в смесь ирн растирании. Дибутыфталат прекращают добавлять, когда после очередной капля всю сежу удается собрать па лопатку. Обман про- долкмтмьмсть растирания смеси оажн с дибуты фтал а том должна ориентировочно укладываться в интервал в раме ни, определенный для
каждой марки сажи я указаипИПпие: Парка саж» Время растирения, мин. . ПМ-70................................5-7 ПМ-50............................. 5-7 ПГ-33............................... 5-7 ЯМ-ЗОВ.............................. 6-8 М-15 ................................ *-б , Дия саж* ПГ-33 объем израсходованного дибутилфталата дает ие- иосредственно масляное число в мл/г; для остальных типов саж объем дмбутмфталата должен быть удвоен. Расчет результатов испытаний. Растет масляного числа X произ- водится в мл на 100 г сажм: Х« V •2’100, для сажм ПГ-33 х ЪГ?100, где У- количество абсорбированного дибутилфталата, мл. 8а результат принимает среднее арифметическое двух пераллель- вых определений, расхождение между которыми не должно превышать б мл/100 г. Определение абсорбции масла путем растирания сажм’яла тел ем (АЗ ТО П-281-31) Этот метод описывает определение абсорбции льняного масла путем растирания сажи с помощью япателя. Проведение испытания. Точно взвесить I г или любое кратное количество граммов сажи, предварительно тщательно переметанной и высуженной на воздухе, я поместить на стеклянную пластину или гра- нитную плиту. Аккуратно взвесить'капельницу, снабженную погружае- мой пипеткой с резиновым кончиком, содержащую чистое, аккуратно налитое сырое льняное масло (свободное от осадка), имеющее кис- лотное число от I до 3. Вместо взвешивания льняного масла а ка- пельнице может быть использована точная бюретка. В этоы случае при расчетах необходимо число миллилитров использованного льня- ного масла умножить на удельный вес масла.
Дьнянсе масло, используемое в сравнительных май одновремен- ных испытаниях, должно иметь одно то хе висло гное Число. Прибав- лять льняное масло к саже нужно постепенно по каплям (пипеткой) и яосле каждой капли тщательно растирать с сажей при помочи остро- угольного стального чпателя. Испытание считается законченным, ког- да при добавлении очередной порции масла к саке образуется, очень тугая (как замазка) пасте, которая не ломается я не разделяется. Затем надо снова аккуратно взвесить капельницу с маслом и определить разницу в весе после использования масла. По взаимному соглашение постав«иксе и потребителей вместо льняного масла мохно использовать и другие очиненные масла. Расчет. Абсорбция масла рассчитывается на 100 г сахи. Вес х (пи объем, умноженный на удельный вес) израсходованного льняного масла на I г секи дает непосредственно значение абсорбированного масла а. Пересчет этого количества на 100 г сахи производится по формуле х « а*100. К. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САК Определение элементарного состава саж3^ Определение углерода и водорода Саха подвергается сожжены» в токе кислорода в трубке при скорости 35-50 мж/мин (нормальные условия). Продукты сгорания и разложения смечиваотся с больжим избытком кислороде и полностью окисляются при 850-950°С. Образовавшиеся вода и двуокись углеро- да погхоцзются соответствующими абсорбентами в специальных аппа- ратах. Аппаратура. Схема установки представлена иа рис. ч. Газометр емкостью 5-10 л наползем кислородом из баллонов, осуяительная склянка (300-400 мл) для суикм кислорода - прокален- ным крупнозернистым хлоридом кальция. Двухходовой кран с нарезками нлв винтовой зажим для регули- рования скорости кислорода, поступав®его в систему, соединяет при немочи резиновых трубок осуаительную скдянк) а прибор для очистке V Коржун М.О. и Гельман Н.Э. “Новые методы элементарного мчкпо- бваяяззУ Госхжмиэдет, 1949.
11 [ИИИййИйЩ Я Ю 12 13 /4 Г’Яч'н’н1 15 1 Рис. 4. Схема установка ала определения углерода водорода: I - га «метр: 2 - осушнтеаьвля склянка; 3 - кран с нарерками; 4 - прибор для очистка кислорода; 8,0,10 •лектро&ечж; в,7 у -обрланыо трубки; « - трубка для сожжения; II - газовая горелка; 12,13 - поглотительные аппараты для воды двуокясв углерода; 14 - заключительная трубка; 15 - аспиратор
кислорода. Прибор для очистки кислорода, изображении! иа рис. 5, служит для сжигания незначительных органических примесей, которыми может быть •аетряанен кислород. Прибор состоит иа двух частей, соединенных шлифом. Верхняя часть - кварцевая газоочистительная трубке - имеет вид открытой пробирки с впаянной внутренней трубкой. Пробирку до края внутрен- ней впаянной трубки заполняют окисью ыеди в виде кусочков проволо- ки длиной 3-4 мм, а затем запаивают. Нижняя часть - змеевиковый холодильник - имеюций 8-12 витков, делается из простого стекла. Пришлифованные части слегка нагревают, смазывают расплавленной за- мазкой дня шлифов и соединяют. Кварцевую трубку нагревают в электропечи. Если электропечи нет, то можно применять горелку с насадкой "ласточкин хвост". Кислород, поступая в газоочистительную трубку через боковой ввод, проходит через накаленный до 800°С слой окиси цеди и по внутрен- ней трубке поступает в специальный холодильник, опуценный в ста- кан с водой. Для поглощения воды и двуокиси углерода, образующегося после сожжения органических примесей кислорода, служит V -образная трубка (рис. б), одно колено которой заполнено ангидроном, дру- гое - аскаритом, с прокладкой между ними из стеклянной ваты. Трубке для сожжения выполняется из тугоплавкого стекла или из хорошо проплавленного прозрачного кварца (рис. 7). Поглотительные аппараты для двуокиси углерода и воды пред- ставляют собой открытые аппараты Прегля(рис. 8) и закрываюциеся .«параты Абрагамчика1^ (рис. 9). Наполнение поглотительных аппаратов. Новые аппарат обраба- тывают 105-ной соляной кислотой, поместив их в стакан с кислотой ! нагревая 2 ч на кипящей водяной бане. Для этого аппараты промы- 1ают хромовой смесь», дистиллированной водой, спиртом и эфиром и ;ушат, сначала проста а я воздух водоструйным насосом, а затем в утильном шкафу при 120°С. Наполнение поглотительного аппарата для воды. Аппарат (см. рис.8) наполняют мелкозернистым ангидроном или безводным сульфа- том кальция. Вес поглотителя - около 2 г. х/ При изготовлении аппаратов обеих систем нужно строго соблюла?., все указанные иа чертежах размеры и бззуксризненно приалиф'-вч- вать детали ' см. Коэлун М.О. и Гельман и.Э. "Новые мето!" нектарного макроанализа", Госхимизд^т, 1949).
Рис. 6. Прибор алл очистки кислорода: кАлриепзя труб км; 2 • тт^-жлаими! змееы 5-3;5и.д 2,08. д
Рис. в. и-образке* >|>«6ка Чтобы предотвратить закупорку отверстия в стеклянной перего- родке аппарата частицами поглотителя, на перегородку кладут слой стеклянной ваты толщиной 5 мм, насыпают поглотитель до шлифе и закрывает его снова слоем стеклянной ваты. Затем тщательно выти- рает шлиф, слегка нагревает стеклянную пробку вад пламенем микро- горелки, на теплую поверхность наносят кусочек замазки для шлифов V быстро закрывают аппарат, несколько раз поворачивая пробку. &жиф должен быть совершенно прозрачен. Поперечные полосы на нем указывают на то, что шлиф недостаточно смазан. В таком случав не- обходимо слегка нагреть шлиф, вращая его под пламенем горелки, вынуть пробку, на теплую поверхность добавить еще кусочек замазки и опять закрыть аппарат. Не следует применять большое количество заманки, так как это может привести к закупорке отверстия в пробке или к растрескиьа-
со
Рме* 9. Закрывавшийся поглотительный аппарат ни» нлифа. Выступквиуо наружу замазку удалив* по охлаждении сна- чала механически, а затер жатой, смоченной бензином или спиртом. С поглотительным аппаратом для воды, наполненным ангидроном, можно провести без смены поглотителя около 250 определений. Мак- симальный привес аппарата с ангидроном составляет 1000 мг. Если в качестве поглотителя для воды применяет безводный сульфат кальция, то поглотитель приходится сменять значительно чеце* максимально допустимый привес аппарата 100-120 мг. Наполнение поглотительного аппарата для двуокиси углерода. Еля поглоленкя двуокиси углерода применяет точно такой же аппарат хак для погломеимя воды (см. рис. 8). Его наполняют ангидроном в
виде слоя данной 30 мм, за клоченного между двумя продаадками м стекжяшой ватн, м слоем аскарита, поверх которого поможем тампон на гигроскопической ваты. Шлиф аппарата намазывают, как описано вше. Аппарат, наполненный аскаритом, поглодает 500-600 мг двуоки- си углерода. Полное мстоцение препарата отчетливо видно по измене- ния цвета аскарита из серого в белый. Отработанный аскерит удаляют из аппарата растворением в слабо подкисленной воде. При наполнении ззкрываюжегося аппарата, изобра- женного на рис. 9, поглотитель вводят в таком же порядке, что в открытые аппараты. Когда аппарат наполнен, его широкий конец за- крывают пришлифованным стеклянным колпачком. Шлиф заклеивают за- мазкой для шлифов, как описано выше. Взвешивание поглотительных аппаратов. Взвешивание поглоти- тельных аппаратов при определении углерода и водорода - это на- иболее ответственный процесс в органическом количественном микро- анализе. Необходима точность взвешивания больших по обьему и весу (10-12 г) аппаратов, поэтому всем факторам, которые могут привес- ти к ошибкам при взвешивании, в этом случае нужно уделять особое внимание. Тара для поглотительных аппаратов по материалу, обьему и удельному весу должна возможно ближе подходить к основной массе аппарата. Около 75% веса наполненного аппарата падает на отекло, поэтому рекомендуется тарировать поглотительные аппараты стеклян- ными колпачками, наполненными кусочками стекла. При взвешивании поглотительных аппаратов могут возникнуть ошибки, связанные с электризацией поверхности аппаратов. Перед взвешиванием поверхность аппаратов вытирают замшей. При этом в зависимости от интенсивности зытираннл и атмосферных условий на поверхности аппарата может возникнуть заряд статического электри- чества. При помежении наэлектризованных аппаратов на чашку весов возникают силы электростатического притяжения и отталкивания меж- ду взвешиваемым аппаратом и металлическими частями весов, что делает невозможным точное взвешивание. Это явление особенно лег- ко возникает в сухую морозную погоду, когда относительная влаж- ность падает ниже 45%. Чтобы снять заряд, нужно провести вытертый аппарат через окислительное племя газовой горелки. Перед взвешиванием аппараты -коиенлуется помещать на металлическую подставку, а не на стек- ’ЧКУК'.
Если при изготовлении открытых поглотительных аппаратов конс- трукция и размеры соблюдены, то обмен находящегося в них газа (в данном случае кислорода) не атмосферный воздух настолько затруд- нен, что аппарат можно взвешивать, не вытесняя из него кислород воздухом. Постепенная замена воздухом кислорода, находящегося в еппарате, вызывает столь незначительные изменения в весе, что они не могут сказываться на результатах анализа. Доказательством может служить постоянство веса, аппаратов при проведении холостых опытов и ничтожные изменения веса аппаратов во времени. Заключительная трубка. Заключительную трубку (рис. 10), изго- товленную из обычного стекла, включают между поглотительным аппа- ратом для двуокиси углерода и аспиратором. Ее назначение - предо- хранять поглотительный'аппарат для двуокиси углерода от попадания в него влаги из аспиратора. Просвет отверстия в перегородке такой хе, как у открытых поглотительных аппаратов ( 0,2-0,3 мм). Трубку наполняют ангидроном, помещенным между двумя прокладками из стек- лянной ватн. Широкий конец закрывают резиновой пробкой, в отвер- стие которой вставлена соединительная трубка, согнутая под прямым углом. Резиновая трубка, идущая от аспиратора, надевается на этот конец заключительной трубки; другим концом соединительная трубка соединяется встык с поглотительным аппаратом для двуокиси углеро- да посредством толстостенной резиновой трубки. Аспиратор. Этот прибор (рис. II) служит для измерения коли- чества кислорода, расходуемого во время сожжения. Хроме того, раз- режение, создаваемое аспиратором, компенсирует сопротивление капнл< лярных ‘сужений поглотительных аппаратов и позволяет поддерживать атмосферное давление в местах их соединения. Аспиратор - это обычная склянка с нижним тубусом емкостью 2 л. В верхнюю резиновую пробку склянки вставлена (/-образная изогнутая трубка, снабженная краном. В корковую пробку нижнего тубуса склянки вставлена дважды изогнутая под прямым углом враща- ющаяся трубка со слегка оттянутым концом, так называемый "клюв* аспиратора. Горизонтальное колено клюва имеет длину, равную вы- соте склянки. Резиновые соединения. Для соединения газометра с осушитель- ной склянкой и крана с отводом газоочистительной трубки, а также для соединения аспиратора с заключительной трубкой применяют мяг- кие резиновые трубки с внутренним диаметром 4-4,5 мм. Все осталь- ные соединения осуществляются встык при помощи толстостенных ре-
ашовых трубок дайкой 30*35 мм м внутренним диметром 2 им (для соедмнения поглотительных аппаратов между собой в с косяком труб- ки для сожжения) к диаметром 3-4 мм (дая со ед мне кия У-об разных трубок между собой, а также с боковым вводом трубки дая сожжени и с отводом змеевика - прибора дая очистки кислорода). Поглотительные аппараты в установке дая определения углерода и водорода соединяют резиновыми трубками (наружный диметр 2 мм). Перед употреблением резиновые трубки тительио протирают внутри кусочком ваты, слеги смоченным глицерином, а затем кусочком су- хой ваты дая удаления избытка глицерина. Иирожмй конец трубки дая
соь'ския закрывают резиновой пробкой. Заменять резиновые соедине- нии шлифами нецелесообразно, тек как последние очень хрупки. Ре- зиновые соединения более просты, удобны, дешевы и обеспечивают до- статочную герметичность. Проведение испытания» Черев собранную аппаратуру при нагре- тых электропечк>х пропускают в течение 30 мин. быстрый ток кисло- рода (50 мл/мин), несколько раз прокаливая в зто время трубку дня сожжения газовой горелкой. После этого установка готова к употреб- лению. Взятие навесов. Навески сажи по 3-5 мг в кварцевых стаканчи- ках взвешивают на микроаналитических весах с точностью до 0,002 мг Навески 6-8 мг можно взвесить на полумикровесах с точностью до 0,01 мг. Ежедневно перед началом 'анализа трубку для сожжения (при на- ’ гретых электропечах) прокаливают Газовой горелкой в токе кислоро- да. Печи должны быть нагреты до 900°С, а печь для предварительной очистки кислорода - до 800°С. В это время к установке присоединяют поглотительные аппараты и 10-15 мин. пропускают кислород со скоростью 35-50 мл/мин, после чего эти аппараты снимают; сначала тщательно прочищают внутреннюю поверхность отводных трубочек при помощи зазубренной проволоки, на которую навернут тонкий слой ваты; затем вращательным движени- ем от середины аппарата по направлению к концам вытирают поверх- ность аппарата сначала влажной замшей, потом сухой. После того как замиа начинает скользить по поверхности аппарата, ыожно счи- тать вытирание законченным. Говоря о "вытирании" поглотительных аппаратов, следует разьяс нить, что речь идет о легком обтирании поверхности, имеющем целью снять с нее отдельные, случайно приставшие пылинки гаи волоски. Никакого энергичного трения замши о поверхность аппарата быть не должно, так как это немедленно приведет к возникновению значи- тельного заряда статического электричества. Для снятия заряда ап- парат после вытирания быстро проводят два раза через окислитель- ное пламя горелки..При этом его держат за середину пинцетом с ре-? зиновыми наконечниками. Затем аппарат кладут на металлическую подставку и оставляют у весов на 5 мик, чтобы он принял температуру весовой комнаты. Через 5 мин. один аппарат кладут на крючки левой чашки весов. Ввиду того что аппарат для поглощения двуокиси углерода 5р;оуе"-
солее точного взвевивания, чей аппарат для воды, рекомендуется его взвешивать первым, непосредственно после определения кулевой точка весов. Отсчет берут на 10-й минуте после вытирания. Затем помещают на чайку весов аппарат для поглощения воды. Отсчет берут на 15-й минуте после вытирания. Аппараты вносят обычным пинцетом с резино- выми наконечниками. Поглотительные аппараты взвешиваются всегда в одном к том хе порядке и на одной и той хе минуте после вытирания. При атом удоб- но пользоваться секундомером или песочными часами. Во время перерыва в работе на отводные трубочки поглотитель- ных аппаратов надеваются колпачки иа толстостенных резиновых тру- бок, закрытых с одного конца оплавленной стеклянной палочкой. Правильность проведения анализа проверяется ежедневно перед началом испытания исследуемого образца по химически ‘ чистому угле- водороду с точно известным химическим составом, например по сжига- нию сахарозы С^2 Н22 к0’°Рая содержит С - 42,12$, Н - 6,48$. Расчет. Процентное содержание углерода С в саже определяется по следующей формуле: Р „ КН00 Ф где фактор, характеризующий содержание углерода в С02 “С _ 12 «со2 ' ** • 0,2729, где ж **со2 " соответственно атомный вес углерода и молеку- лярный вес С02; 6- привес аппарата для иия навески, мг; поглощения С02 после скига- а- навеска испытуемого образца, мг. Процентное содержание водорода Н в саже определяетсж. по сле- дующей формуле: , Н а а ’
* ПЛ^О 18 где мв нн2о I - соответственно атомный вес водорода и моно- кулярный вес воды} привес аппарата два поглощения Н20 после сжигания навески, мг; а- навеска испытуемого образца, мг. За результат принимают среднее арифметическое из трех парал- лельных определений, разнице между которыми не должна превиаать 0,5% дня углерода и 0,05% для водорода. Определение содержания азотех/ Применяемая аппаратура н реактивы. Колба Кьельдаля емкость» 250 мл с насадкой Кьельдаля; колбе, круглодонная термостойкая ем- кость» 500-750 мл; капельная воронка; глицериновая баня; серная кислота концентрированная; соляная кислота 0,05 и.; хромовый ан- гидрид; едкий натр (50%-ный раствор); едкий натр (0,05 н.); ме- тилоранж и дистиллированная вода. Проведение испытания. Навеску сажи 200 мг, взвеиениу» с точ- ность» до 0,0002 г, в стеклянном стаканчике помечает в колбу Кьельдаля емкость» 250 мл, доливают 25 ми концентрированной сер- ной кислоты и 3 ми хромовой кислоты. (Для приготовления хромовой кислоты 100 г хромового ангидрида растворяют в 100 ми воды) . Смесь нагревает 4 ч при 150-160°С на глицериновой бане и при атом периодически перемеиивают. За это .время вся навеска сажи пол' костью окисляется. После охлаждения содержимое колбы переливают в термостойкую кругло до иную колбу емкостью 500-700 мл с небольшим количеством дистиллированной воды. Колбу Кьельдаля тщательно споласкивают дис тиллированиой водой. К круглодонной колбе присоединяют насадку Кьельдаля и капельную воронку, через которую приливают 50-70 мл гс/ Лежнев Н.Н., Теоентьея А.П., Новикова И.С., Кобзева ТД. О химической прйюол₽ поверхности сажи, "Каучук и резина”. 1961. * II, 24. ‘
Вф-вого раствора едкого натра. При этом выпадает хлопьевидный зе- лены* осадок Сг(0Н)3. Образующийся в результате реакции аминах от- гоняют обычным способом. Пары аммиака поглощаются 10 ми 0,05 п. раствора соляной кислоты. Избыток кислоты оттитровывают 0,05 к. раствором едкого натре с метилоранжем в качестве индикатора. Расчет. Содерланне азота рассчитывается по формуле 1000-С где А - титр щелочи; В - количество щелочи, мл, использованное для титрбвания; С - навеска саки, г. Чтобы внести поправку на содержание азота в реактивах необхо- димо проводить контрольный опыт (без навески саки). За результат принимают среднее арифметическое двух определе- ний, разница между которыми не должна превыиать - 1056. Определение содержания кислорода косвенным методом по количеству активных центров адсорбции водяных паров на сажах^ Атомы кислорода, химически связанные с поверхностью саж и уг- лей (в сажах весь связанный кислород находится на поверхности час- тиц), играют роль первичных адсорбционных центров для адсорбции молекул воды. В области небольших равновесных давлений адсорбция в основном обязана образованию водородных связей между молекулами воды и первичными адсорбционными центрами. Адсорбированные молекулы воды представляют собой вторичные адсорбционные центры, которые за счет водородных связей могут удерживать другие молекулы воды. Следовательно, с повышением давления водяных паров адсорбция возрастает за счет образования вторичных Центров, т.е. самих ад- сорбированных молекул воды, Я.-ОН* О —лом-- н кислородная группировка на повеох- чости сажи по схеме „и •о •гн.о \н н--0х, -Я0Н--0 н--ох! и т.д. х/ Теоретические основания метода даны Дубининым М.Ы. и Сео!)ински< й.З. (Доклады АН СССР, 1954, 99, 1034).
Наблюдаемый резкий подъем изотермы в области средних относи- тельных давлений связан е появлением и ростом двумерных островков из ассоциированных за счет водородных связей молекул воды. Их сли- яние приводит к образованию мономолекулярного слоя. Если а*- число первичных адсорбционных центров ( кислород- содержащих группировок) на I г сажи (например,в миллимолях) и ( а- равновесная адсорбция в тех хе единицах измерения при данном равновесном давлении Р/Р^ « А , «о условие динамического равно- весия можно будет выразить следующим образом: Кг(оТ) *а)/г =КуЛ. (Ш-1) Вероятность адсорбции, представленная левой частью уравнения (Ш-1) пропорциональна общему количеству адсорбционных центров (первичных и вторичных) и равновесному давлению К. . Вероятность десорбции, данная правой частью уравнения (10-1), пропорциональна количеству а адсорбированной воды. Иа уравнения (Ш-1) сведут, что к2 1>де с с - константа, к! В линейной форме уравнение (Ш-2) может быть представлено так: Графически прямая может быть представлена в координатах А/а-Л, (рис. 12). Таким образом, задача сводится к определению адсорбции воды сажей (углем) при постоянной 'смпературе и нискольких значениях равновесного даваенвя паров во.-ы, Результаты наносятся на график* Л/а(ордината) - Л. (абсцисса). Графическое усреднение производится путем проведения прямой через точки, нанесенные на графике. Для любых двух точек этой прямой (например,! и 2) можно по- ст роить систему уравнений: я - -С. .(для точки I) о. с а.Л 9 / О
откуда - ±_________/_ / аг %с <\> П2 ’ (для точки 2) А» ~ , а, а (Я-*) Ряс. 12. Изотерма адсорбпин паров воды в линейной форме Полученное значение соответствует количеству активных цент- ров адсорбции воды на сухой саже, т.е. количеству кислородсодержащих групп. 0 Основные группы здесь следующие С=0, С-О-С, С-ОН. Группы ^он и С-О-О-Н присутствуют в небольшом количестве на обычных санах. В случае обычных саж, канальных и печных, вполне допустимо не вносить поправок и считать, что вое группы содержат по одному атому кислорода и тогда величине ад численно равна содержанию кислорода в саже (если а дана в мМ воды на I г сажи, то содержание кислорода бу- дет дано в миллиэквивалентах на I г сажи).
При желании ввести поправку на карбоксильные группировки их оп- ределяют по специальной методике35'. Экспериментальное определение может производиться при помощи адсорбционных установок (весы Мак Бена, гравиметрическая установи МГУ к т.д.) или эксикаторным методом. В первом случае определение занимает 8-12 ч, во втором - около месяца. Однако эксикаторный метод предельно прост и допускает параллельное определение адсорбции воды рядом образцов саж. Эксикаторный метод Оборудование - весы аналитические} весы технические; эксикато- ры малые (В I, 2, В, 4 и 5); эксикатор больной В 6 (2 ит.); . бекон с притертыми крынками (Ю ат.); ареометр сонкалой от 1,3 до 1,9; термостатный икаф на 30° - 1° и сушильный лиф на 105-1°. ' Реактивы. Серная кислота, концентрированная, химически чистая с удельным весом 1,84; хлористый кальций, химически чистый; двухромово- кислый натрий; дистиллированная вода и хлористый аммоний. Подготовка к анализу. Часть серной кислоты разбавляют дистил- лированной водой (кислота приливается в воду) и охлаждают. Удельный вес первой порции - разбавленной серной кислоты - 1,615. Другую пор- цию серной кислоты разбавляют до удельного веса 1,335. Хлористый кальций растворяют до насыщения в 150 мл воды. Эксикатор В I загружают 150 мл 0^ с удельным весом 1,615, эксикатор В 2 - 150 мл насыщенного раствора Са- СС? (должен быть из- быток твердого Са.С(А на дне эксикатора) , эксикатор В 3 - 150 мл Н2$0^ с удельным весом 1,335, экоикатор В 4 - 150 мл насыщенного раствора ЛГаАСчгОг (избыток твердой соли на дне эксикатора), эк- сикатор В 5 - насыщенным раствором ЛЛЦХ , эксикатор В 6 - 250 мл концентрированной серной кислоты. Предварительно илифы эксикатора и крышки смазывают вакуумной смазкой. Серная кислота обновляется в эксикаторах не реже I раза в месяц. Насыщенные растворы солей всегда должны содержать твердую (нервство- ренную) соль. « х/ Дежнев В.В., чя.-корр. АН СССР Терентьев А.П., Новикова И.С., Кобзева Т.А. "Каучук и резина", 1961, В II. ЛЭ
Восемь частых в сухих (выдержанных в эксикаторе * б в течение не менее 2 ч) боксов взвешивают на аналитических весах. В каждый бокс вносится приблизительно по 2 г испытуемой сажи (навески пред- варительно вэвеииваат на технических весах) и точно взвешивают на аналитических весах' с боксами. Отдельно записывает вес бокса пусто- го и с сажей. Затем боксы помецаот в сукильный шкаф. Нагревая сежу яри 105 - 1°, доводят навеску до постоянного веса. Результаты тоже записывает. Высушенная сежа в боксах с закрытой крынкой хранится на лабораторном столе в эксикаторе В 5. В эксикаторы * 1-5 помецаот по два бокса: боксы И? I и 2 - в эксикатор * I, » 3 и 4 - в эксикатор М 2 и т.д. Крынки боксов от- крывает, крынки эксикаторов закрывает, затем эти эксикаторы (» I, 2, 3, 4, 5) помекают в термостат. Один раз'в сутки боксы извлекают и взвеииваот на аналитических весах; По достижении постоянного веса работа считается законченной. Результаты записываются по прилагае- мой форме (табл. 7). Таблица 7 * । ____________________Вес, г__________________________ боксов।пустого{бокса с са-{ сухбй са- {бокса с сажей |Равновесная !бюиса, !жей в про- ! хи, 2в процессе ув-!влажность, I Р. цессе суншц р=Р -Рп лажнения в эк-;Р_ - Р. | 0 { Рс 1 с о {сикаторах, Р, | 1 с I 2 3 4 5 б 7 8 Расчет. Например, относительное давление паров воды в замкнутом пространстве в эксикаторе Й I равно 0,08 ( А, ); То же № 2 • 0,31 ( А, ); " " » 3 • 0,51 ( ь, ); " " » * * 0,55 ( /, ); • • » 5 • 0,79 ' ь, ).
Величина а (мМ/г) дается формуле! а= (Ру^ЫООН . Р1& Далее строятся графах, представляющий собой изотерму адсорбции яа- ров воды в ладейной форме (см. ряс. 12). Экспериментальные данные параллельных намерений усредняются. с^г угла наклона прямой равен величине 1/а0* откуда.легко рассчи- тывается искомая величина а0 . Результаты будут удовлетворительными, если ордината А/а будет отличаться от усреднявшей кривой не более чем на - 5%. с1д утла нак- лона прямой может рассчитываться но двум точкам прямой, соответетвуо- цим, например, н А, ( или любым другим). Согласно формуле ( Ш-4) 0° (м-9к( г) = . ( р^а) ' р&.-'О. Ы1-О& о,31а. - о,55а. аг а* о.л Значения а? и а4 берутся по изотерме в линейной форме. Для выражения содержания в процентах надо величину а0 в форму- ле (И-4а) умножить на 16, на 100 н разделить на 1000, т.е. «Ь &•) “О.о( 6м -жб/г) (6 м -ж$/г) 6,6. Определение содержания обжей серы*/ (ГОСТ 1437-56) Аппаратура, реактивы и материалы. Печь электрическая трубчатая горизонтальная длиной 130-140 мм с внутренним диаметром 20-22 мм, с нихромовой обмоткой, обеспечивающей температуру нагрева 900-950°С, или печь Мароа. (Схема установки представлена на рис. 13). Лаборатор- ный автотрансформатор типа ЛАТР-1 или ЛАТР-2 для регулирования темпе- ратуры нагревэ печи; милливольтметр пирометрический в комплекте с термопарой хромель-алюмель градуировки ХА о пределами измерений от О до П006С по ГОСТу16670-53; лодочке фарфоровая для сжигания И I или • / х/аефтеиродуктн. Методы испытаний, ч. I. Изд-во стандартов, 1965.
Рао» 18. Схема установки для определения обшей серы: 1 ЛЯ - склянки Дрекселя) 4 - кварцевая трубка со шлифом) б — фарфоровая лодочка) в — электрическая печц 7 — кварковое колено) 8 - приемник) й - отводная трубка к насосу * 2 ло ГОСТу 628-41; трубка кварцевая с кварцевым ковеном (рис. 14) ин фарфоровая ор илифом; реометр дая измерения скорости подачи воз- духа с пределами измерений'от 0 до 8Й0 мк/мми; склянки для очистки- воздуха вместимость» не менее 250 ми (3 нт.); водоструйный насос, воз- духодувка ижн общая магистра» дая нагнетания воздуха; микробюретка вместимость» 10 мл ё целой наименьиего деления 0*02 ми, оборудован- ная склянкой, резиновым мехом дая пульверизаторов по ГОСТу 5445-56 ’ Рис. 14. Кварцевая трубка с пришлифованным коленом для определенна серы ус- коренным методом ог-&
и хлоркальциевыми трубками, заполненными натронной известья по ГОСТу 4455-48 (рис. 15). Вата медицинская обезвоженная (гигроскопи- ческая) по ГОСТу-5556-50; на мотив я глина, прокаленная цри темпера- туре 900-950°С и измельченная в фарфоровой ступке; кислота серная х.ч. или ч.д.а. по ГОСТу 4204-48 (приблизительно 0,02 н. раствор); натр едкий х.ч. или ч.д.а. по ГОСТу 5858-51, 40%-ный раствор и 0,02 и. раствор, не содержаний карбонатов; смесь 0,251-ного спирто- вого раствора метилового красного по ГОСТу 5853-51 о 0,1%-ным спир- товым раствором метиленового синего в соотношении 1:1; перекись во- дорода (пергидроль) по ГОСТу 177-55; 'калий марганцовокислый по ГОСТу 4527-48 (приблизительно 0,1й рествор); вода дистиллированная по ГОСТу 6709-53. Подготовка к испытанию. Перед сборкой установки (см. рис. 13) для очистки воздуха склянку I заполняют приблизительно до половины объема раствором марганцовокислого калий, склянку 2 - 40%-ные раство- ром едкого натра, склянку 3 -гигроскопической ватой. Эти склянки сое- диняют резиновой трубкой. В приемник 8 наливают 150 мл дистиллирован- ной воды, 5 мл пергидроля и 7 мл (приблизительно 0,02 н.) растворе серной кислоты. Затем приемник соединяют резиновой трубкой с кварцевым коленом 7 и отводной трубкой для присоединения к водоструйному насосу 9. Кварцевое колено при помощи олифа присоединяют к кварцевой трубке 4: которую устанавливают горизонтально в электропечи, другой конец ее за- крывают пробкой и присоединяют к очистительной системе при помоци бо- ковой трубочки. Перед испытанием собранный аппарат проверяют на герметичность. При атом отводную трубку приемника присоединяют к водоструйному насосу через всю систему просасывают воздух н закрывают кран на отводной труб- ке очистительной системы. При этом пузырьки воздуха не должны появлять- ся в приемнике и в очистительной системе. В случае нагнетания воздуха , все места соединений проверяют мыльной водой. Одновременно включают печь к постепенно нагревают ее до температуры 900-950°С. Для измерения и регулирования температуры нагрева печн включают автотрансформатор и вставляют в печь термопару так, чтобы спай ее на- ходился в середине печи, а концы ее присоединяют к милливольтметру. Проведение испытания. Навеску испытуемой сажи в количестве 0,05-0,2 г взвешивают в фарфоровой лодочке с точностью до 0,0002 г и равномерно распределяют по всему дну лодочки. Затем навеску в лодочке помекают в кварцевую трубку перед входом в печь, быстро закрывают ее пробкой, присоединяют к водоструйному насосу. Через систему пропускаю^
Рве* 13* Микробюретка
воздух со скоростью около 500 мл/мин, которая намеряется реометре*. Навеску сажи сжигают, постепенно надвигая печь на лодочку при температуре 900-950°С в течение 30-40 мни. После окончания сжигания печь постепенно отодвигают в обретжом направлении, отключают водоструйный насос, отсоединяют приемник, промывают кварцевое колено 25 мл дистиллированной воды. Содержимое приемника титруют точно 0,02 н. раствором едкого натра л присутст- вии 8 капель смешанного индикатора до перехода красно-фиолетовой ок- раски в грязно-зеленый цвет. До начала испытаний исследуемой сажи проводят контрольный опыт без навески сажи. Содержание общей серы х в процентах вычисляют по следующей формуле: (V- 1^) 0,00042 /ОО V где V- количество точно 0,02 н. раствора едкого натра, израсхо- дованного на титрование раствора в приемнике после сож- жения навески сажи, мл; 2^- количество точно 0,02 н. раствора едкого натра, израс- ходованного на титрование раствора в приемнике после контрольного опыта, мл; 0,00032 - количество серы, соответствующее I мл точно 0,02 н. раствора едкого натра, г; У - навеска испытуемой сажи, г. .Содержание серы в каждой пробе определяют параллельно в двух навесках. Расхождения между результатами этих определений не должны превышать 5%.( относительных). Если серы в саже содержится менее 0,5%, допустимое расхождение параллельных испытаний не должно превыиать 10% (относительных) от меньшего результата, если же расхождения пре- вышают норму, предусмотренную настоящим стандартом, производят третье определение и за результат принимают среднее арифметическое двух наиболее близких определений. Определение содержания общей серы (А5ТМ: Ы619-60) Методы позволяют определять содержание серы в саже. Приводятся следующие.два метода : метод А (путем сжигания навески сажи в калори- метрической бомбе) и метод Б (путем сжигания навески сажи в печи).
Чистота реактивов. Во всех испытаниях должны применяться хи- мически чистые реактивы. Метод А. Приборы. Калориметрическая кислородная бомба, кото- рая служит для сжигания образца сажи, снабжена трансформатором, проволочной Сеткой для прокаливания, тйглями, овальным ковшом (со- судом), электрической мешалкой, обеспечивающей циркуляцию воды во- круг бомбы, й калориметрическим термометром с пределами измерений от 19 до 35°Р о точность» до 0,02°С; кислородный цилиндр с регуля- тором для калориметрической кислородной бомбы; тигля фарфоровые емкостью 30 йл; сушильный шкаф с температурой нагрева до 105°С с точностью до^ - 1°С; муфельная печь с температурой нагрева до 925°С с терморегулятором с точностью - 25°С; фильтровальные воронки с длинным стержнем. Реактивы и материалы. Раствор хлористого бария (100 г/л) - растворить 100 г хлористого бария (ВаСР в воде и разбавить до I л; соляная кислота (уд. вес 1,19); кислород,очищенный из бал- лонов; насыщенный раствор пикриновой кислоты (приготовляют в стек- лянной бутылке с пробкой; в растворе всегда должны находиться кри- сталлы нерастворенной кислоты). Проведение испытания. Высуиять образец сахи в течение I ч при температуре Ю5°С. Взвесить в тигле 0,5000 г высушенного образца сажи. Поместить тигель в петлю электрода калориметра и прикрепить плавкий предохра- нитель в соответствии с инструкцией для калориметра. Согнуть плав- кий предохравитель так, чтобы проволока проходила под поверхностью сажи. Пипеткой налить в цилиндр бомбы 5 мл воды. Собрать бомбу и за-' полнить ее кислородом (30 атм). Налить 2 л воды комнатной температуры в сосуд (ковш) калоримет- ра. Сосуд поместить в калориметр, поставить в него бомбу, прикрепить к бомбе зажим, закрыть калориметр вместе с термометром и включить мешалку. После 2 мин. работы мешалки записать температуру воды. Быстро * замкнуть цепь для получения разряда. Если система сжигания не имеет дополнительного освещения, нужно нажать на кнопку переключателя и держать в течение 5 сек. Наблюдать за температурой во^ы - она долж- на увеличиться на 1,6 ♦ 3°С в течение примерно 5 мин.
После воспламенения меиалка должна работать 10 мин. Затеи нужно вытаннть бомбу и постепенно в течение I мин. снять давление. Открыть бомбу и промыть вс» ее внутренне» поверхность водой} в мензурку емкость» 250 мл слить все остатки, отфильтровать в ста- кане емкость» 400 мн, нромыть бумагу тремя норцжями воды по 5 мл, добавить к фильтрату 5 мл НС^ , 5 ш насиненной пикриновой кисло- ты и 10 мл раствора ЗаСб Кипятить смесь на электрической плит- ке при низкой температуре примерно в течение 15 мни. н отфильтро- вать через беззольный фильтр. Промывать осадок кипящей водой пор- циями по 10 мл до тех пор, пока при прибавлении к фильтрату нитра- та серебра осадок, показывающий присутствие хлорида, не будет вы- падать. Поместить фильтровальную бумагу с осадком во взвеиевиый фар- форовый тигелА. Содержимое тигля обеззолить на пламени газовой горелки при высокой температуре, затеи поместить в муфельную печь с температурой 925 - 25°С на 30 мин. После этого поставить тигель в аксиатор и, остудив его до комнатной температуры, взвесить с точность» до 0,1 г. Расчет. Процентное содержание серы определяется но следующей формуле: .5(55) ж (ЛЬОлАфа . 100, \л/ где А - вес тигля, г; В - вес тигля с осадком после обездоливания, г; XV- вес сухого образца, V. Метод Б. Приборы. Печь для сопения с температурой нагрева до 1425°С; трубка для сожжения {высокотемпературные трубки Цнрко- фракса н Даниэля) 30 дюймов (76,2 см) длин с конусообразным кон- цом; лодочки для сопения фарфоровые ш из плавкой окиси шпи- ни. (Новые лодочки должны обжигаться в течение 1ч при темпера- туре 1425°С до и применения в лаборатории); регулятор давления и ротаметр; прибор для очистки кислорода, состояций из сосуда с кон- центрированной серной кислотой (удельный вес 1,84) и поглощающей колонкой, заполненной смесь» аскарате н водного сульфата кальция, насыщенного двуокись» углерода, для осуихх газа от влаги; трубка нз пористого стекла; колба для титрования емкость» 400 мл; рези- новая проока с высокотемпературным обогревательным элементом; су- нвльннй якаф с температурой нагрева за Ю5°С.
РВактивы. Соляная кислота (2:13) - смешать 2 объема концент- рированной , нс1 (удельны! вес 1,19) с 13 объемами воды; кисло- род чисты! ( вб баллонов); раствор йодата валив - йодида валив (в 500 ми воды растворить 1,1125 г йодата валив, 100 г йодида валив и 5 г гндроошюи валив в довести водой до I л в мерной колбе. Раст- вор должен храниться в коричнево! млн велено! стеклянной бутылке. Желательно каждые 30 дней готовить свежий раствор); раст- вор крахмала (2,5 г крахмала, 5 мг йодистой ртути растворить в I л воды). Проведение испытания. Высушить образец сажи при 105°С. Взве- сить 1,000 г сухой сажи и поместить ее в лодочку дин сожжения. За- полнить две титровальные колбы на 1/3 раствором соляной кислоты, добавить 2 ми раствора крахмала н при переменнвання прибавить до- статочное количество раствора КОД-КУ до получения соответст- вуюцей окраски. Поместить трубку на пористого стекла в титроваль- иув колбу. Одна колба используется при анализе образца, другая служит для контрольного опыта. Перез печь для сожжения при 1425°С пропустить кислород со скорость» I л в мин. Ло начала испытаний система для сжигания об- разца саки должна быть очинена потоком кислорода в течение 30 мин. при температуре 1425°С. Поставить лодочку с сажей в зону постоянной температуры труб- ки для-сожжения, закрыть трубку так, чтобы газ, обраэовавиийся в процессе сгорания, проходил через пористу» трубку. В течение про* цесса прохождения газа через трубку содержимое титровальной колбы титровать раствором КЗО3-К7 до появления устойчивой бледно- голубой окраски. Конечная точка определяется, когда после 3 инн. кипения пет необходимости добавлять раствор КЗОЛ-КЗ для сохра- нения бледно-голубого цвета в титровальной колбе. Расчет. Процентное содержание серы в саке определяется но следупцей формуле: где ! - количество раствора кдо^-кз , жснольэованное для титрования, мл. Таким образом, стандартные методы (ГОСТ ИД5ТМ) определения серы в саках основаны на сожжении навеска с переводом серы в дву-
окись жлж серный ангидрид. Методы сожжения и определения 502 50д различаются. В большинстве случаев всеми методами получают близкие результаты. В сомнительных случаях лучие пользоваться сож- жением в бомбе* хотя аппаратурно эта методика сложнее. Определение содержания свободной серн (метод НИКТИ, ГОСТ 7885-63) Применяемые аппаратура и реактивы. Колбе плоскодонная и сито с сеткой 014К; спирт этиловый синтетический; формалин технический* <*0>-ный раствор; кислота уксусная, зонный раствор; йод 0,01 и. раствор; крахмал растворимый; вода дистиллированная; фенолфталеин, раствор; сульфит натрия безводный, 5>-ный свежеприготовленный раст- вор. Проведение испытаний. Испытуемую сажу просуживают при темпера- туре 105-П0°С Г просеявают через сито В 014К, отвеживают около 2 г с точностью 0,0002 г, помечают в колбу, смачивают 5 мл этилового спирте, приливают 100 мл 5%-яого раствора сульфита натрия и кипя- тят с обратным холодильником в течение 2 ч. Затеи содержимое колбы охлагдают, фильтруют через складчатый фильтр и промывают дистилли- рованной водой. К фильтрату приливают 5 мл 4016-ного раствора фор- малина; фильтрат выстаивается 5 мин. После этого фильтрат подкис- ляют 20^-ным раствором уксусной кислоты с применением фенолфталеи- на и сразу титруют йодом в присутствии крахмала до голубого окражи- вания. Окраска должна сохраняться в течение 0,5 мин. Параллельно проводят контрольный опыт без сажи. Содержание свободной серы в процентах ( х ) рассчитывают по формуле ' х = (а•К.0.00032-100. С . де а- объем раствора йода, израсходованный на титрование^ мл; 6- объем раствора йода, израсходованный на титрование в контрольном опыте, мл; X - поправочный коэффициент для пересчета нормальности раствора йода на 0,01 н.; С - навеска испытуемой сажи, г.
За результат принимают среднее арифметическое двух параллель- ных определений, расхождение между которыми не должно превышать величии, указанных ниже: Содержание свободной ~1 Допускаемые расхождения между парал- серн, > абс. | . дельными определениями, > абс. до 0,5 0,005 от 0,5 до I 0,01 свыие I 0,02 Определение йодного числа (А5ТМ : Ы510-60) йодное число саж не имеет определенного физического смысла, так как йод может взаимодействовать химически с некоторыми кисло- родсодержаними группировками, а также и с активными атомами угле- рода на поверхности саки. Кроме того, йод обратимо адсорбируется на саках. 3 отдельных случаях йодное число характеризует удельную поверхность саж, в других случаях - химическую активность. В СССР этот метод не получил распространения. Но в зарубежной практике для сравнительной оценки сажи им пользуются довольно часто. Метод не пригоден дня термических саж. Приборы. Бюксы для взвешивания высокие емкостью 30 ми с при- тертыми пробками. Притертые стеклянные поверхности покрываются силиконовой высоковакуумной смазкой;- фильтровальный тигель (тигель Гуча). Вместо фильтрации можно применять центрифугирование. Сушиль- ный шкаф на 105°С с терморегулятором (- 1%). Реактивы. В испытаниях необходимо применять химически чистые реактивы. Раствор арсенита Л^а (0.1 н.). 4,9465 г чистой воаогианиой трехокиси мышьяка растворяют в 20 мд растворе, содеряакего 4 г МаОН. Раствор нагревают до 60°С, добавляют 200 мл раствора, содер- жащего 10 мл Лёнсо^, и доводят водой в мерной колбе до I л. Раствор Иода (0.0473 и.).6.0 г йода и 57,0 г КЛ растворяют в 30 мл воды в мерной колбе. После полного растворения содержимое колбы доводят воддй до I л.
Нормальность распора устанавливается во 0,1 в. распору »ф- сеижта натрия или 'Я°л&;>,оз , устаиовленпа по 0,1 и. распо- ру К^О?. Распор бнхоомата валяя (0.1 в.1. 4,9085 Ж^С«г°7 Респоряет- ся а воде в разбавляется водок до I л. Распор тиосульфата Ыа(0»08^ *♦)♦9.781 г сульфата Л& ( Л82^20з,5Н20) Рвстворявт приблизительно в 500 мл води в литро- вой верной колбе. К пожученному раствору добавляют 5 и I н. анис вого спжрта в доводят содержимое колбы водой до I л. Нормальность распора устанавливается во 0,1 и. распору иля раствору йода, установленному во 0,1 и. распору арсе- ните. Индикатор - раствор кратом. 2,5 г крахмала к 2 мг Н|32 растворяется в I л воды. Раствор для полнотм ррстворевия тцетехь- во напятят. Проведение испытания. Образец сами нысувнми ври 105°С в те- чение I ч. 0,5000 г высуженного образца отвтивеот в бокс. Негранулироваииая сака веред взвевиваивен должна бмть уплот- нена. К взвевенной сеже добавляет 25,0 мж респоре йода и боне сразу закрывает. Затем в течение 30 сек. бокс встряхивает, воске чего отстаивает в течение 5 мяв. Если применяется центрифуге, те центрифугировать следует сразу после 30 сек. встряхивания, фильтрация проводится через чистый, сухой фильтр со слабым отсосом в сухую чистую пробирку размером 19x150 мм, помецевиую под нижним концом фильтре внутри колбм для фильтрования емкостью 1000 мл. После фильтрования нижний конец фильтра должен быть вы- не поверхности раствора в пробирке. При использовании центрифуги фильтрация не проводится и распор сливается в колбу емкостью 50 мл. Сразу после фильтрования раствора йода в пробирку или слива- ния центрифугированного раствора 20 ид его переносится пипеткой в колбу Эрлевмейера в оттвтровывается 0,0394 н. раствором до бледво-келтого цвета. Затем добавляет приблизвтельно по 5 мл раствора крахмала - индикатора в титрование продолжают до исчез- новения голубой окраски после прибавления одной капли тнтруюцего раствора. Параллельно делается контрольный опт. Ясе операции повторяет- ся для второй навески сахи. "О
Расчет. Количество адсорбированного вода а мг/г ем* раюсчв- тцмется во формуле З^ЛГ- 50 ♦ 126,91, где 7- количество адсорбированного йода, вг/г сежи* В - кожачестяо растворе Л%2 0^, всвользсвашк* дм титрования в контроиьном опте, мл; 5- иожичество раствора 0$, исвользоваяиом ДМ титрования образца, нл; Л- нормальность йодного раствора. Опредежеиие рН водной суспензия*/ (МОД ПЯИ, ГОСТ 7885-63) Метод сестомт в пмеремп эжектродвижуцей сем (а.д.с.), м»> даиаюце* на электродах, погруженных в суспензию мсяытуеюо* сажа в воде. Измеряемую э.д.с. компенсируют регулируемой в приборе рва» иостью потенциалов, направленной в противоположную сторену. Каве» рейве проводят ив лабораторном рЦ-метре 1ПУ-01, нозвожяюцем окчв» гоми реауаиеяг в едкиацвх а.д.с. млн рН. йвамеяя—я апваватува. Весы технические; колбы плоскодонные . емкостью 250 мл по ГОСТ 10394-63; холодильники воэдумнне - трубив стеклянные диаметром 10-13 мм и длиной само 050 мк; плитка зжект- ржческая с отверстием в центре два патина; рН - метр лаборатории* маржи ЮУ-01. Проведение испытаний. Навеску сап 10 г, взьежекнув с точно- стью до 0,01 г, помецеют в ажосводоинув колбу емкостью 250 мл, добавляют 50 мл джсткиироьанной воды и .3 мл спирта. Если получаем- ся слкиком густая водная суспензия, неудобная для яереливавия, сле- дует увеличить количество дистиллированной воды (ио пе более чем на 50 мл). К колбам присоединяют воздуиные холодильники, устанавливают их на плитку, закрепляют с помомью итатква а кипатат в течение х/ При определении этого показателя следует пользоваться кмструк» цией по эксплуатация приборе (лаборатории* рИ-метр ЮУ-01, за- вод измерительных приборов, г.Гомель).
30 Мн. Затем колбы отсоединяет от холодильников, снимает с плитк! охлаждают до комнатной температуры, после чего плотно закрывает резиновыми пробками. Хранить приготовленные таким образом водные суспензии сап следует не более 2 ч. Перед измерением рН водной суспензии, а также при настрсйке приборе по буферным растворам потенциометр подготавливают в соот- ветствии с инструкцией, приложенной к прибору. Свежеприготовленную суспензию испытуемой сажм взбалтывают в колбе и наливают в специальный стаканчик, в который опускают элек- трода ( электрода и стаканчик предварительно промывают дистиллиро- ванной водой к испытуемой суспензией), затем устанавливают пере- ключатель пределов измерений на величину рН, близкую к рН испытуе- мой сажи. Значение рН, отсчитывают по показывающему прибору. За результат принимают среднее арифметическое двух параллель- ных определений, которые не должны отличаться более чем на 0,5 единицы рН. Определение рН водной суспензии (А5И : Б1512-57Т, 1960 г.) Метод позволяет определять рН водной суспензии сажи. Приборы. рН - метр, снабженный стеклянным и каломельным элек- тродами с точностью измерения - 0,05 рН, отвечающей требованиям методики определения рН водных растворов стеклянным электродом; стаканх' и часовые стекла, размеры которых должны соответство- вать количеству образца для анализа; электроплитка; шпатель и сте- клянная или фарфоровая «анка, или ступка и пестик; приемник из нержавеющей стали или меди для кипячения дистиллированной воды. Проведение испытания. Гранулированная или уплотненная сажа жпателем на пластинке или пестиком в ступке растирается в тонкий поровой. За каждый грамм сажи добавляется 10 мл. кипящей дистилли- рованной воды, а для облегчения смачивания негравулированной сажи - несколько капель чистого этанола или ацетона. Для больвих образцов саки (I г и более) смесь кипятят в тече- ние 15 мин, но не доводят до высувпання. Для малых образцов сам х/ Стаканы должны быть из нержавеющей стали во избежание загряз- нения во времи кипячения.
(0,1-0,5 г) применяются 5 мл стаканы, в которых смесь кипятят на горячей плитке до получения жидкой каиицы, причем ее не следует доводить до высушивания. Смесь охлаждается до комнатной температуры в атмосфере, сво- бодной от химических паров, которые могли бы загрязнить образцы. Отстоявшийся слой жидкости сливается. Электроды помещают в кашицу и легким вращением стакана в раз- ных направлениях добиваются постоянства значения рН. То, же повто- ряется для второго образца. Для того чтобы предотвратить загрязнение образца во время кипячения, колба или стаканы должны быть покрыты чистым часовым стеклом. рН-метр проверяется по надежным буферным растворам, рН которых находится в пределах рН испытуемой сажи. Дистиллированная вода, используемая для контроля, должна быть возможно более чистой. рН свежепрокипяченной дистиллированной воды должно быть в пределах 6,9-7,I. Определение зольности (метод НИИШП, ГОСТ 7885-63) Применяемая аппаратура. Тигель фарфоровый; печь муфельная или тигельная; эксикатор. Проведение испытаний. В прокаленный до постоянного веса и взвешенный с точностью до 0,0002 г тигель кладут около 2 г сажи, взвешенной с той же точностью. Сажу озоляют в муфельной или тигельной печи, после чего ти- гель с золой помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной темпе- ратуры в течение 20-30 мин, после чего тигель с остатком взвеши- вают с точностью до 0,0002 г. Прокаливание, охлаждение и взвешивание тигля с золой повто- ряют до получения постоянного веса ( расхождения между двумя после- довательными взвешиваниями не должны превышать 0,0004 г). После этого определяют разность между весом тигля с золой и весом чис- того тигля (вес золы). Зольность сажи ( х ) в процентах вычисляют по формуле х я -Л.----------------100, где Ц- вес золы/гу % - навеска для испытаний сажи, г.
За результат нрянимаот среднее арифметическое двух параллель- ных определений. Определенно вольности (А 5 И : Ь 1506-59) Метод позволяет определить содержание золы в саже. Приборы. Муфельная печь с терморегулятором на 550% с точнос- тны - 25% ,фарфороий1 тигель высоко! формы иасса 0, диаметром 35 мм, высотой 29 мм, объемом 15 мж, с крынкой класса К; аналнтм- чеспе весы с точностны до 0,1 мг; эксикатор, суиильный икаф о терморегулятором на 105% с точиостьы - 1°С. Производство анализа. Тигель с крынкой прокаливают в муфельпоб печи при температуре 550 - 25% в течение I ч, затем помечает в эксикатор, охлаждает до комватво* температуря и взвеиивают с точно* стьв до 0,1 мг. Образец сажи I г высуживает при 105°С, после чего отвемиваыт 2 г вмеунеиной сажи в фарфоровом тише н иомецант без крынки в печь (дверца иечв должна быть приоткрытой на 0,5 ом дни того, чтобы обеспечить доступ воздуха, необходимый для горения ор- ганического вещества сажи) при 550% на 16 ч. Так как канальная сажа не содержит летучих неорганических соней, при контроле можно' повысить температуру озоления до 950% и сократить продолжитель- ность озоления до 4-5 ч. Затем тигель закрывает крынкой, помаца- ет в эксикатор, охлаждает до комнатной температуры и взвениваот с точиостьы до 0,1 нг. При переносе в эксикатор и из эксикатора ти- гель донжон быть закрыт крынкой, чтобы предотвратить потере золы от движения воздуха. То же повторяет со второй навеской из той же пробы сажа. Расчет. Содержание зоны рассчитывается следукцим обрезом: А . Д-=Л . ио, С - В где А - содержание золы, Щ В - вое тигля, г; С - вес тигля с образцом* г% I - вес тигля с золой, г. За результат пран живется среднее арифметическое двух иарож- лелышх определений.
Определение содержания летучих вецеств (А5И :Ы620-60) Понятие "летучие" вецества несколько условно, тел как яодучае- мая величине зависит о* температуры опыта. Коатому характеристики содержания летучих вецеств условная. В число "летучих вецеств” входят продукты разложения поверхностных группировок к адсорбиро- ванные вецества. Метод имеет больное значение для оценки окислен- ных сак. Высокое содержание летучих вецеств в негранулировевной сеже по сравнению с гранулированной обменяется тем, что в тнгле, за- полненном неграяулвроэаняой сажей,, больно воэдунных промежутков, и,следовательно, больно окисления образца в процессе нагревания. Приборы. Электрическая печь на 950°С с терморегулятором (- 20°С), снабженная термопарой н пирометром; платиновый тигель емкостью 20 ми с вогнутой внутрь крынкой; секундомер, проверенны* на точность; сунильный нкаф на 105°С с терморегулятором (- 1°С); аналитические весы чувствительностью 0,1 мг; эксикатор. Проведение испытаний. Платиновый тигель с крынкой помецается в электрическую печь на расстоянии не более 6,5 мм от выхода термо- пары и прокаливается в течение окоио 1/2 ч при 950 2 20°С. Затем тигель с .крынкой ставится в эксикатор, охлаждается до комнатной температуры и в зв ввиваете я с точностью до 0,1 мг. Образец сажи высуживается в течение I ч при температуре 105°С, как описано в методике испытания на влажность (А5ТМ : 131509). Платиновый тигель заполняется высуженной сажей так, чтобы между поверхностью сап и крынкой оставался промежуток не более 2 мм. Это относится к гранулированным сакам. Если' содержание ле- тучих определяется в негранулированной сеже, то она плотно утрам- бовывается в тягле с целью уменьшения окисления. Небольшое пространство необходимо оставить, учитывая расияре- кие выделяющихся летучих вецеств, иначе расниряюпеся газы подни- мут крынку тигля я станет возможным окисление сап. Затем тигель с крынкой и содержимым взвешивается с точностью до 0,1 мг и 7 мин, прокаливается в электрической печи при темпера- туре 950 20°С. После этого тигель переносится в эксикатор, ох- лаждается до комнатной температуры и взвешивается с точностью до 0,1 мг.
Расчет. Содержаще летучи веществ в процентах рассчитывает- ся следующим образом: у. (В.^С) . ио, (В - А) где V- содержание летучи, %; А - вес тигля с крынкой, г; В - вес тигля с крынкой и образцом сажи перед прокаливанием, г; ' С - вес тигля с крынкой И образцом сажи после прокали- вания, г. Определение экстрагируемых веществ (АЗИ - бюллетень) В сане содержатся вещества, растворимые в органически жид- кости. В больнивстве случаев это продукты неполного самообразо- вания и их производные, в той ши иной степени окисленные. Все эти вещества объединяются неопределенным термином "смолы". Раст- ворители разной природы извлекают различные смолы и в различном количестве. Для ускоренного анализа пользуются и более простой характеристикой: оценкой степени окраиенности экстракта ши пог- лощением света экстрактом. Приборы и материалы. Прибор для экстрагирования (аппарат Сокслете); наконечник средней пористости для взвенивани» навески сажи (можно заменить фильтровальной бумагой); наконечники без ива для прикрепления к трубке для экстрагирования; электрическая печь с регулировкой температуры 1°С; аналитические весы с точностью измерения до 0,1 мг; растворитель -бензол дистиллированный (могут быть использованы и другие растворители). Проведение испытания. Перед началом работы колбу для экстраги- рования необходимо в течение I ч высушить при температуре 85°С, за- тем охладить в эксикаторе до комнатной температуры, после чего взвесить на аналитически весах с точностью до 0,1 мг. Наконечник заполнить сажей приблизительно на 8/4 и также взве1 сить с точностью до 0,1 мг. Затеи закрыть открытый конец накснеч- анка стеклянной веретью или экстрагированным хлопком, поместить
все это в сифонную чайку к добавить в колбу 50-75 мл растворителя, соблюдая меры предосторожности. Испытуемые образцы экстрагируют непрерывно в течение К г, на- гревая их с такой интенсивностью, чтобы время, требуемое для напол- нения в опустоиения сифонной чашей, колебалось от 2,5 до 3,5 млн. После экстракции необходимо выварить растворитель на водяной бане ши плитке и снять колбу с бани перед тем, как исчезнут послед- ние следы бензола. Затеи снова высуивть колбу в течение I ч.прн тем- пературе 85°С, охладить ее до комнатной температуры в аксиаторе и взвесить с точностью до 0,1 мг. Расчет. Процентное содеркание экстрагируемых вецеств с. точнос- ть» до 0,5% рассчитывается по следупцей формуле: В . А_г_В . 100, С - Д где И - экстрагируемые вецества, %; А - вес экстрагируемого вецества и колбы, г; В - вес колбы, г; С - вес наконечника с образцом сахи, г; Д - вес наконечнике, г. Определение процентного содержания экстрагируемых вецеств в сехе проводится на двух параллельных навесках. Определение оптической плотности бензинового австрепа (Метод НИИШП, ГОСТ 7885-63) Применяемые аппаратура в растворители. Колба плоскодонная по ГОСТ 10394-63; аппарат для встряхивания; фотомектроколориметр Ф0К-М; бензин "галона" по ГОСТ 443-56. Проведение испытаний. 2 г испытуемой сап, отвеиенной с точностей до 0,01 г, помещают в коническую колбу вместимость» 250 мл, приливают 100 мл бензина "галопа", плотно закрывают полиэтиленовой или резиновой пробкой, обернутой целлофаном, и 15 мин взбалтывают мл аппарате для встряхивания. По истечении этого срока содержимое колбы фильтруют через бумажный фильтр, прикрывая воронку с фильтром кружком плотно» бумаги для уменьиения потерь бензина, фильтрат собирают в другую
колбу, которую таксе плотно закрывают резиновой пробкой, обернутой целлофаном. Оптическую плотность фильтрате намеряют на фотоэлектроколори- 'метре Ф6К-М. Для этого чистую сухую повету длиной 5 см ополаскива- ют невольной порцией фильтрата, а аатем заполняют фильтратом до метки. Другую такую хе кювету заполняют чистим бензином "галона". Немедленно после заполнения обе кюветы закрывают крынками н поме- чают в прибор. Оптическую плотность фильтрата измеряют в синем свете. Для это* го барабан светофильтров устанавливают на фильтр » 3 (синий), а ле- вый измерительный барабан устанавливают на нулевое деление икалы он* тической плотности (левая красная икала). Затем с помоцью оптических клиньев уравнивают фототоки танин образом, чтобы стрелка гальванометра указывала точно на нуль. После, этого в приборе заменяют кювету с фильтратом такой же кюветой с бен- зином "галона” и, врацая барабан прибора, вновь устанавливают стрел* ку гальванометра на нуль. Отсчет проводят по левому барабану по ле- вой красной икале. Полученное значение и есть оптическая плотность бензинового экстракта. За результат принимают среднее арифметическое двух параллельна определений, которые не должны отличаться более чем на 0,01 единицы; оптической плотности по икале фотоэлектроколориметра ФЭК-41. Определение окраиквания бензола (А5ТМ : В 1618-58Т) Методике содержит описание операции для определения степени оц раиивания бензола сажей посредством фотоэлектрического колориметра или спектрофотометре. ' Приборы. Фотоэлектронахориыетр или спектрофотометр, пригодный для измерения светопропускания в интервале длины волны 415-430 (для получения точных результатов напряжение в питающей сети долина быть постоянным); абсорбционные ячейки (кюветы) для колориметре илю спектрофотометра (если используют несколько абсорбционных ячеек, ом должны быть проверены на разность светопропускания между ними); электрическая плитка; аналитические весы с чувствительностью ),1 мг; суиильный икаф на 105°С с терморегулятором (- 0,1%). Калибровка прибора. Абсорбционные ячейки ( кюветы) и линзл про; тирзются дочиста. Перед калибровкой колориметр или спектрофотометр;
следует прогреть в течение не новее 10 Мин. Затем абсорбционная ячейка заполняется прокипяченным отфильтрованным бензолом. Пока- зание светопропускания устанавливается на 10091. Проведение испытаний. Образец сажи высуживается в течение часа при температуре 105 °С, как описано в методике определения по- терь при нагревания сежи (см. А5ТМ :Ь1509). НавескаЗ-5 г сажи поменяется в колбу Эрленмейера; добавляет- ся по 10 мд растворителя на жаждый грамм сажа. Вес образца и объем растворителя определяется в соответствии с объемом абсорбционной ячейки. Колба попевается на электрическую плитку со слабым нагревом н смесь кипятится в течение 20 сеж, затем немедленно фильтруется через мягкую фильтровальную бумагу ж пробирку. Абсорбционная ячейка заполняется фильтратом. Светопропусжанне (в Я определяется при длине волны 415-430 м^/и.. После каждого определения кювета ополас- кивается чистым растворителем. Определение содержания влаги (сумка в термостате) (Метод НИИИП, ГОСТ 7885-63) Применяемая аппаратура. Бюкс с притертой крынкой с наружным диаметром 40 мм; эксикатор; суиильный икаф. Проведение испытаний. Около 2 г испытуемой сажи, отжеванной о точностью до 0,0002 г, помекают в предварительно высуженный до по- стоянного веса и взревенный с точностью до 0,0002 г стакан с крын- кой для взвешивания, ставят его в нагретый до температуры 105-П0°С еужжльвый икаф н выдерживают в течение 2 ч. Затеи стакан с сажей на акафе переносят в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры в течение 20-30 мин., после чего вэвеннвают с точностью до 0,0002 г. Содержание, маги в саже ( X ) в процентах вычисляют по формуле X = —У. -Ул------- • КО, */ где У - вес сахи до высуиивания, г; У^ - вес сахи после высушивания, г. Результатом следует считать среднее арифметическое двух парал- лельных определений.
Определение содержания влаги с помощью лампы инфракрасного света (экспресс-метод) Экспресс-метод заключается в высувквавми навески.сажи (0,5- 0,8 г) в течение 2 мил. под лампой инфракрасного света ионность» в 500 вт, укрепленной на итативе. Расстояние от стола до ламин 15-20 см. Навеска берется в алюминиевом бюксе диаметром 50-70 мм и высотой 10 мм на аналитических весах. Точный признак удаления влаги - прекращение выделения водяных паров. В случав продолжающегося выделения паров по истечении 2 мин, наблюдающееся явление следует отнести аа счет удаления летучих, так как любое количество воды до 50-60% от веса сажи при указанной навеске успевает испаряться в течение 2 мня. Для получения сравнимых результатов с данными, полученными по стандартному методу, т.е. методу высуипанпя в су а иь и ом икафу до постоянного веса, нагревание следует прекратить через 2 мин. Охлаж- дение производится в эксикаторе (лучне на металлическом диске). Точность метода 0,1-0,3%. Расчет содержания влаги в саже определяет* ся обычным способом. Определение содержания влаги (А5ТМ : 01509-59) Описывается метод для определения потерь при иагревамни> сажи д температуры 105 °С. Эти потери состоят в основном из влаги, но прн атом удаляется небольние количества и других летучих веществ. Мето; неприменим к обработанным сажан, которые содержат добавленные ле- тучие вещества. Приборы. Суаильный шкаф на 105°С с терморегулятором (- 1°С}\ боксы высотой 30 мм и диаметром 60 мм с притертой крынкой; аналити- ческие весы чувствительностью 0,1 мг; эксикатор. Проведение испытаний. Бокс в крынка (врозь) высуживаются в су- икльном икафу при температуре 105 - 0,1°С в течение 20 мни. Затем бокс с крынкой помещаются в эксикатор, охлаждается до комнатной тем* пературы л вэвеиюаотся с точностью до 0,1 нт. В бокс отваживается 2 г сажа с точность» до 0,1 мг. Бокс с об- разцом сажм и смятой крынкой помещаются в сувкдьвый жкаф на I ч. кр1 70
темперетуре 105 - 1°С. Сап, не предназначенные дня производства резины, высуииваются до постоянного веса. Бюкс с сажей закрывается крынкой и переносится в эксикатор. Затем крынка снимается и бюкс с сажей охлаждается до комнатной температуры. Крынка закрывается и бюкс взвёииваетоя с точностью до 0,1 мг. То ка повторяется с другой навеской сап. Пробы сап еле- дует хранить в плотно закрытых стеклянных банках. Ло начала нспы- тенжн проба в закрытой таре должна иметь комнатную температуру. Перенося бюкс в эксикатор и из эксикатора, надо придерживать крынку во избежание уноса сап током воздуха. Потери при нагревании рассчитываются следуюдп обрезом: В « С2-=Л . ио, (В - А) где Н - потери при нагревании, А - вес бокса с крынкой, г; В - вес бюкса с крынкой и образцом до нагревания, г; С - вес бокса с крынкой и образцом после нагревания, г. IX. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В САХАХ Механические примеси могут значительно ухудиать качество саж. Наличие частиц размером более 10 ухудиает динамические характе- ристики резин. Примеси железной окалины могут вредно влиять на со- противление резин старению. Однако определение количества частиц столь малого размера представляет собою довольно трудную операцию. Поэтому обычно ограничиваются определением более грубых включений: частиц размером более 0,67 мм, 0,14 мм и 0,044 мм; часто ограничи- ваются двумя первыми размерами - 0,67 и 0,14 мм. ✓ Определение остатка после просева саж* ~ через сито с сеткой № 014К (Метод НИИШП, ГОСТ 7885-63) Применяемая аппаратура. Сито с сеткой Я 014К (по ГОСТу 3584-53) иаметром 125-170 мм и высотой стенок 100-120 мм. Кисть * 18-20 из гонских голос.
Проведение испытаний. Около 50 г сажи» взвенеаной с точностью до 0,01 г, мешаю* на сито и протираю* кистью. (Если сажа негра- нуллроваиная,' навеску ее на сито можно переносить в два приема). Протирание веду* до прехраиения появления сажи на бедой бумаге, понеженной иод сито, в течение 30 сеж. Оставииеся на сите и на кисти твердые частицы переносят на предварительно взвеиенное с точностью до 0,0002 г часовое стекло диаметром 40-30 мм, затем с той же точностью взвениваот стекло с остатком и определяют вес ос- татка сажи на сите. Остаток при просеве сажи ( X ), %, вычисляют по формуле у . • 100 . К где У - вес остатка сажи на сите, г; У,- навеска сажи, г. Результат - среднее арифметическое двух параллельных опреде- лений. Определение посторонних включений (метод НИШ, ГОСТ 7885-63) Посторонние включения определяют путем просева сажи из партии через сито с сетной И 063К но ГОСТу 3584-53. Веля на сите остаются посторонние предметы или крупные частицы слекмейся сажи или окалины то их определяют как посторонние включения. Есин же на сяте остаются мелкие твердые частицы размером не более 2 ми по ваибольнему измере- нию, то вх переносят на взвеиенное с точностью до 0,0002 г часовое стекло диаметром 40-80 мм и снова взвениваот с той же точностью, оп- ределяя вес остатка на сите. Содержание посторонних включений ( X ) в процентах вычисляют по формуле х - У* 1°° ' I д V, где У - вес остатки на сите, г; У- вес сажи, взятой для испытаний, г. Содерхзвле посторонних включений менее 0,0005? принимаю* за их ; отсутствие. >
Определение остатка на сите (бюллетень А5ТМ, 1956 г.) Метод описывает последовательность определения ситового ос- татка (после промывки водой) обычных необработанных саж. Он мепр> менян дин сея, обработанных маслом, потому что масло препятствует смачиванию сежи водой Приборы. Ситовая и фильтрующая аппаратура (принципиальная схема установки дана ня рис. 16); торзионные весы чувствительно- стью 0,01 мг; аналитические весы; тарелочки для взвеивания; сита бронзовые иди иа нериавевцей стеля (табл. 8). Их следует подбирать по классификации ТМ. Выбранные сита должны быть одобрены и по- ставщиком, и потребителем. Рас. 16. Схема устааовжа дм овредалеваа остатжа да сатм 1 - «рва А, 2 — арам В| а - фальтр, 4 - рвдуцаруюип* жраа, 8 - жраа С, в - ма- нометр, 1 - аоромжа! 8 - сопло, 9 - ре- зановы* шламг, 10 - саго, II - жрав Я Таблица а » сита 1 Просвет, | ЛМ1<ИЯЯ, 1 I 'ШЛ | 30 80 200 325 0.595 0,853 0,419 0,17? 0,119 0,145 0,074 0,046 0,051 0,044 0,025 0,026
Проведение испытания. Прежде чем проводить опыт, необходимо очистить фильтр» открыв краны А и В к закрыв кран С, как похавано на рис. К; Шиьтр необходимо промывать в течение 2 мин. Кран В закрывается и открывается кран С. При полностью откры- тых кренах А н С давление воды регулируется редукционным клапаном. Рекомендуется поддерживать давление воды в пределех 1,6 * 0,2 хгс/> После того кек водяное давление будет отрегулировано, к ворон ке прикрепляется сито определенного номера и черев него пропускает- ся воде в течение 8 мяв. Затем краны А и С закрываются н доступ воды прекращается. Чистом сим проверяется на глав. Выбранное сито прикрепляете! к воронке, н подается воде (открыты крены А и С). Образец оажн (не менее 100 г) отвеивается на торзионных веса! и саку медленно высыпает в вороик^, чтобы предотвратить закупоривав ние сита. Тихо! струе* воды из кладга, прикрепленного к крену 1, } сажа смывается оо стенок ворони виз. Промывка продолжается до тех пор, пом вода, прояедная через сито, не станет чистой. Лтобы определить, вся ли сам была промыта из остатка на сим,1 сухой остаток переносится на кусок бумаги и осторожно растирается. : Сам, имеющаяся в неорганическом остатке, оемвит след на бумаге, а! твердые углеродные частицы не растираются и следа не оставляют. При желании можно диспергировать сажу в воде, используя высокг скоростную меяалку и смачивающие агенты (дня улучнения диспергиров! ния). Необходимо убедиться, что весь твердый материал вз сосуда, в котором диспергировалась сака, перенесен в воронку промывного устр< ства. После промывки сито снимается с воровки и остаток растирается; пальцем, чтобы раздавить койки сажи, недостаточно смоченные водой, атем оно устанавливается в прибор и промывается еще в течение 2 мн вновь снимается и сушится в течение часа при 105°С. Остаток с сита переносится на тарированную тарелку и взвешивав, я. Все операции повторяют с двумя навесками той же пробы. Расчет остатка на сите ведется следующим образом: К. 100, Я- остаток на сите, %; вес остатка, г; !>’- вес образца, г.
У, МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ГРАНУЛЯЦИИ САП Качество гренуляции саж на практике оценивается ах способно- стью выдерживать без "опасного” разрушения транспортировку - внут- ри - и межзаводскую. Опасно такое разруневпе гранул, при котором теряется способность сажи "течь” (сыпучесть). В результате проис- ходит комкование сажи, забиваются сажепроводы. Второй практической оценкой качества грануляции является по- ведение саки в смесительном оборудовании резиновых заводов. Лабораторных оценок качества грануляции, полностью описываю- них транспортные и потребительские свойства саж, пока не имеется. Однако известно, что прочность гранул зависит от степени уплотне- ния сажи (объемный вес), некоторой характеристикой является меха- ническая прочность отдельных грянул при сжатии, сопротивление грянул встирению. Определение объемного числа (метод НИШ, ГОСТ 7885-63) Навеску сежи 10 г, взятую с точностью до 0,1 г, насыпают в сухой я чистый измерительный цилиндр емкостью 100 мл и отсчитывают объем сажи в цилиндре с точностью до 0,1 мл. Полученный объем де- лят на 10 и получают объемное число 'сажи (в мл/г). Рассчитывает среднее значение из трех иараллельвмх определений. Определение объемного веса гранулированной сап (метод НИИШП) Применяемая аппаратура. Измерительный цилиндр емкостью 100 ми; весы технические (точность не менее 0,01 г). Проведение испытаний. Во взвеиваний с точностью до 0,01 г изме- рительный цилиндр насыпают гранулированную саду до метки "100 мл" с точностью до 0,01 мл. После этого цилиндр с саней взвеиизают с точ- ностью до 0,01 г и вычисляют объемный вес сап ( X ), г/л, по фор- муле X = ' 10°0 100
где У^ вес цилиндра с сежей, г; У - вес пустого цилиндре, г. Результатом испытаний является среднее арифметическое двух > яэ рал л ель них оп ре делем!, которые не должны отличаться более, чем иа 20 г/л. Определение насыпного веса гранулирован- ной сап (А$ТИ :01513-60) Приборы. Цилиндр емкостью 624 ки с носиком или деформированной стенкой дня разлила (его можно сделать нз лабораторного стакана п яержавемей стали емкость» 1000-1200 ш, диаметром 610-620 мм; еслн ври 20°С налить туда 624 мл воды, .закрепить на ^токарном станке в отрезать стакан по отметке); рейка^или ипатель клиной не менее 150 мм; технические весы. Проведение анализа. Сака насыпается в середину тарированного цилиндра не выие чем на 60 мы над краем. Извинен сажи снимается, поверхность ее выравнивается платежом, после чего цилиндр с сажей взвешивается с точность» до I г. Насыпной вес сажи рассчитывается по следувцей формуле: А 10 ’ где Д - насыпной вес, г/см3; V/- вес сажи, г. Результат насыпного веса сап - среднее арифметическое из ?^ух араллельных определений. Определение фракционного состава гранули- рованной сахи (А5ТМ : В15П-60) Метод позволяет определять распределение гранул саки по разве- ян. Приборы. Встряхивающий аппарат - механический встряхиватель, . 'мающий равномерное вращательное и поступательное движение набо-> -ДЮЙМОВЫХ сит.
Встряхиватель должен быть приспособлен для установи набора на 5 сит» дна в крыши. Лонные зажимы закрепляются таким образом, чтобы между дном и ситами быв просвет в 0,15 ом, обеспечивающий свободное вращение сит. Встряхиватель приводится в движение от электромоторе ионно- стью I/* л.с. и 1725-1750 об/мин. Это обеспечит 140-160 толчков в 280-320 врацательвых движений в минуту. Крынка на встряхиввтеле укрепляется пробковым стопором, который выступает на 8-9 мм вад металлическим пазом. Вместо пробки можно применять резину, дерево я другие материалы. Сита. Применяются стандартные сите Ж 10,18,35,60 и 120, нмею- ше отверстия 2000, 1000, 500, 250 и 125 уи соответственно. Раз- меры сит: высота - 24,5 мм, диаметр - 200 мм. Кроме того, используются желобковый пробоотборник и техничес- кие весы. Проведение испытану. Сита собираются в следующем порядке (снизу вверх): дно, * 120, №60, № 35, №18, № 10, кршка. Образец сажи подготавливается следуюцим образом. Пробоотборником отбирают пробу сажи в количестве 90-110 г (делают три пробы). Каждый образец взвешивается с точностью 0,1 г. Вэвеиенный об- разец переносится на верхнее сито. Набор сит закрывается крынкой и переносится на механический встряхиватель. Встряхивание проводится в течение I мин. Набор снимается со встряхивающего устройства; сажа, оставваяся на каждом сите и на'дне, изленивается отдельно с точностью до 0,1 г. Операции повторяются с двумя добавочными пробами. Расчет. Распределение гранул по размерам в пробе с точностью до 0,1$, рассчитывается по весу сажи, оставиейся на соответствующем сите. Запись оформляется следующим образом: Остаток на сите, г Распределение по размерам гранул, % К 10 , № 18 № 35 № 60 № 120 Остаток на дне Всего... 100$
Определение содержания пыли в. гранулированной саже (метод НИЙИП, ГОСТ 7885-63) Применяемая аппаратура. Весы технические точность» не менее 0,01 г; аппарат для встряхивания о дополнительно установленнш приспособлением для подвешивания грузов (по чертежам НИИ минной промышленности); набор почвенных снт с сетками * И 01Х; 05К; IX по ГОСТу 3584-53. Проведение испытаний. Собирает сита в следующем порядке (сни- зу вверх): донник, сито с сеткой 01К; сито с сеткой 05К; сито с сеткой IX. Навеску гранулированной сажи (25 г), взвешенную с точность» до 0,01 г, помешает на верхнее сито, закрывают крынкой и ставит на аппарат для встряхивания в течение 5 мин. при частоте 100-130 коле- баний в минуту. После этого сито снимают с аппарата и фракцию сажи, проиедну» через сито с сеткой 01К (пыль), взвешивают с точность» до 0,01 г. Процентное содержание пыли ( X ) рассчитывают по формуле X ж ;----. ЮО, 25 где У~ вес пыли в саже, г. Результатом испытаний следует считать среднее арифметическое двух параллельных определений. Расхождение между параллельными опре- делениями не должно превышать 0,5$. фракцию сажи с сетки 0,5К! оставляют для проведения* анализа по спределенмю сопротивления гранул истиранию. Определение содержания пыли в гранулированной саже (А 3ТЫ : 01508-60) Приборы. Встряхивающий аппарат; три стандартных сита Ф 100 (раз- мер ячеек 149 ) и три сита с ячейками любого другого размера, диа- метром 203 мм, высотой 25,4 мм; приемники для каждого сита 5 ат.; пробоотборник (желобок для отбора проб); технические весы. Проведение испытания. Собрать набор сит в следующем порядке (снизу вверх): дно приемника, сито * 100, приемник, сато И 100,
приемник, сито К 100, приемник и три добавочных сита, чередующих- ся с приемниками, крынка. Проба сажи готовится следующим образом. Вопия проба про- пускается через желобковый пробоотборник джя того, чтобы подучить образец весом 22*28 г. Готовят 8 таких образца. Образцы взвеижва- ются с точность» до 0,1 г, затем переносятся на каждое ня сит * 100. В атом анализе используются топко три нижних сита. Набор закрывается крынкой и прикрепляется к встряхивающему аппарату. Встряхивание набора сит проводится определенное время, после чего сажа, оставкаяся в каждом приемнике, взвенивается с точностью до 0,1 г. Вся операция повторяется джя двух следующих проб. Расчет. Содержание пыжи рассчитывается с точностью до 0,1$ по следующей формуле Г»------у-----‘ ИО, где ' Г- содержание пыли, $; V/- вес сап в приемнике, г; 5* вес сажи в исходном образце, г. Определение сопротивления гранул истиранию (Метод НИИШП, ГОСТ 7885-63) Применяемая аппаратура. Весы технические; аппарат для встряхи- вания с дополнительно установленным приспособлением джя подвешива- ния грузов; набор почвенных сит с сетками М ОГК; 05К; 1К по ГОСТ 3584-53; стеклянные парики диаметром 5 мм, 40 нт. Проведение испытания. После определения содержания пыли в саже из фракции сажи, оставшейся на сите с сеткой 05К, берут навеску в 6 г с точностью до 0,01 г. Собирают сита в следующем порядке (снизу вверх): сито с сеткой 1К (служащее подставкой для обеспечения нужной высоты набора сит), донник, сито с сеткой 01К, сито с сеткой 05К. Навеску сеян высыпают на верхнее сито, туда же помещают 40 стеклянных шбриксв, закрывают сито крышкой, ставят на аппарат для встряхивания и встряхивают в течение 10 мин. После этого сита сни- мает и ьсвеливают сажу, прошедшую через сито с сеткой ОГК (пыль), о тсяосгья до 0,01 г.
Показатель сопротжзлевжя гранул же тиранив ( X ) (весовой про- цент нераэруненных гранул) рассчитывают по следуюцей формуле: X * 100 - (—-------- -100), 6 где У- вес пыжи, г. Результат испытаний - это среднее арифметическое двух парал- лельных онределений, расхождение между которыми не должно превы- ать X ЭЛ. Определение прочности гранул по их истиранию (А5ТМ- бюллетень) Метод позволяет определять механическую прочность гранулирован- ной сажи путем истирания. Приборы. Встряхивавший аппарат дня сит; стандартное сито * 100 с отверстиями 149, или специальное сито диаметром 203 им, высотой 25,4 мм; пробоотборник; весы технические. Проведение анализа. Установить иа встряхивавший аппарат комп- лекс, состояний из дна приемника, сите и крынки, и подготовить об- разец сани дня анализа. Пробоотборником отбирается .навеска сажи от 22 до 28 г. Берутся 3 иареллельные навески, которые взвеииваются не техни- ческих весах с точностью до 0,1 г. Каждая навеска отдельно переносит- ся иа сито и закрывается кршкой. Комплект встряхивается в течение 20 мни, и одновременно по комплекту ударяют молоточками (молотковая операция). После этого комплект снимают со встряхивавшего аппарата в сажу со дна приемника ссыпают л вавенквают на технических весах с точно- стью до 0,1 г. Эту хе операцию повторяют для двух других образцов сап. Расчет. Прочность гранул в % вычисляется по следувщай формуле: А - ’ 100 - Г, где А - прочность гранул, Л; □О
и/- вес сан п две приемника, г, 5- вес первоначального образца сажж, г; Р- процент остатка, полученный при определении проч- ности гранул. За окончательный результат берется средний показатель нроч- ирети из трех определений. Овррдмеме прочности гранул сахи в масса (пробный метод) (1591:01937-621) Метод относится к оиределенип прочности гранул сап в массе. Он позволяет определять прочность цилиндрическом столба, состоя- Него из гранул сахи, применяя груз и плунжер (с ручнш управле- нием) . Аппаратура. Установка дня измерения прочности массы гранул Са- хи с ручным управлением показана на рис. 17. Цилиндр должен быть из- готовлен из иерхевевцей стали, вал из нерхавевцей стали холодного проката с чистотой обработай поверхности 8, внутренняя поверх- ность цилиндра имеет ту хе чистоту обработки, что д вал. Основание (плита) выполняется также из нерхавевцей стали. Вес цдунжер» 1,8 - 0,03 кг. Размер кроеверлениого отверстия </« 1/2", Шубина 3/4". ’ ' Исиользуртся тав*е грузы цилиндрические по 8,5,2, I кг общим весе» не менее 25 кг (собственный вес каждого груза доживи быть вы- верен с точностью до * и приспособление для подъема грузе (рис. 18). Проведение анализа. Поставить цилиндр (см. рие. 17) на рабочее место. Наполнить его гранулированной сахей и выровнять поверхность мпетелем. Поставить плунжер с исходными грузами на верхним» часть цилинд- ра и осторожно опускать его на колонку гранул,. Выдержать плунжер с грузами в этом положении в течение 10 сеж. Снять плунжер и груз и осторожно поднять цилиндр. Если гранулы высыпаются из цилиндра, гру.. постепенно увеличивать каждый раз примерно на I кг, используя для этого новые образцы сажи. Если из цилиндра вываливается столбик
енрессевапой сажа* а иа стенках цииндре нет комхон сажа» та прочность гранул считается определенной. Рас» 17. Уствном* для жзмерввжя прочвоств мессы гранул слжж о ручным уиравлемам: 1 - плуижвр| 2 - жжлмлдя 3 * мд; 4 - осмоваяже (плата)} 8 - вроо мрлеиаое отверста*
Ркс.18. Прввор ДЛЯ П0ЛЬ_ вма груза для установив по определению прочности грануп
СОДЕРЖАНИЯ I. Введение............................................... 8 П. ММФАК йпидмеила.л^2«й>тва3§сш характерксуик саж.. * Определение средних диаметров частиц, удельной поверхности и удельного числа частиц сахи методом электронной микроскопии .................................. 4 Определение удельной геометрической поверхности сажи кинетическим методом ....................... 10 Определение удельной геометрической поверхности сажи колориметрическим методом .................. 18 ' Определение удельной адсорбционной поверхности сажи по низкотемпературной адсорбции азота (ме- тод БЭТ) с помоиьп упрощенного прибора ........... 1? Определение удельной адсорбционной Поверхности сажи по адсорбции фенола на водного раствора.... 25 Определение масляного числа (адсорбция дибутял- фталата) ....................................... 80 Определение абсорбции масла путем растирания са- жи ипателем.................................... 81 К. Методы определения Физических и химических характесис- ......................................................... 82 Определение элементарного состава саж .......... 82 Определение углерода и водорода ..................82 Определение содержания азота .................... 44 Определение содержания кислорода косвенным мето- дом по количеству активных центров адсорбции водяных паров на санах ........................ 45 Определение содержания обцей серы (ГОСТ 1487-56) 50 Определение содержания обцей серы (А8ТМ: Щ619-60) 54 Определение содержания свободной серы ........... 58 Определение йодного числа........................ $9
Определение рН водно! оуспенлии (метод НЙИП, ГОСТ 7885-68) ....................................... 61 Определение рН водной суонеизии (А|М: Р1512-57Т, < 1960 г.) .............................."............ 62 Определение вольности, (мерод. НИМИ, ГОСТ 7885-68),. 68 Определение зольности (А6ТМФ1506-59)........... > 7 64 о Определение содержания летучих вецоотв (А$ТМф1620-60) 65 Определение экстрагируемых ведеотв................ 66 Определение оптической плотности бензинового экст- ракта ........................................ 67 Определение окрамивания беиаола ................. 68 Определение содержания влаги (сумка в термостате) ..* 169 Определение содержания влаги о помоцыо лампы ин- фракрасного света (экспресс-метод) ............... 70 Определение содержания влаги (А^ТМу>1509-59)........ 70 1У. Метода Опщрлерия ир/адицряи .прцмрррА р.ЯЮМ;».. 71 Определение остатка после просева оажи черев сито с сеткой № 014К................................... 71 Определение посторонних включений ................ 72 Определение остатка на сите ...................... 78 Методы определения качества грануляции оажи........ 75 Определение объемного числа ...................... 75 Определение объемного веса гранулированной оажи.... 75 Г Определение насмпиого веса гррнуляро'важвой сака... 76 Определение фракционного состава гранулированной сажи ................................................ 75 Определение содержания пыли в гранулированной саже (метод ИИИ1П. ГОСТ 7885-68) ......................... 78 Определение содержания ныли в гранулированной саже (А$ТМф1508-60) ...................................... 78 Определение сопротивления гранул истиранию ......... 79 Определение прочности гранул по их потиранию ....... 80 Определенно прочности гранул оажи в массе ........... 81
ВодушнА редактор В,Л, Шт?рн Технический редактор Л* * •*И« Дро.жипоаа Корректор М.М. Бобкова ;г. Покп1">.ю в завам 10,7,1988г. Тираж - 900 экз, Формат 80x90 1/18 а типографская »» 3. Леч. л, - 5,8. Уч. -изд. л« - 4,8, * 2110-!!. Закэ.ч204 ' Цена 40 копь ННИИТЭмафтехим, Москва, Г-10, ул.Маркса—Эигель'-1, з. 3. •* •< и щ-м’южи5 • 14им база ЦНИИТЭчефтсхим.ч, Москва, Краснопрудная, 3!»
УДК 678.046.2.01:54В МЕТОДЫ АИА1И8А И ИСПЫТАН® УПКРОДНЫХ САХ Горинова Р.А., Гольдман В.И», Афанасьева 1.Х. Обзор сер. “Производство ин ИМ% АТИ, М., ЦВИИТЭнефтехжм, 1968 В обзоре систематизированы материалы до наиболее распроотра- иениым методам определения физико-химических в технических свойств углеродных си. Надставлены стандартизованные йнеотандартдзован- ине методики, иаиедиие распространение в отечественных и зарубеж- ных контрольных и мселедователвсинх лабораторий.
□ом енэ'П