Патент на изобретение №2154267

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области физико-химического анализа и может быть использовано в тех областях науки, где требуется количественное определение числа активных центров в различных образцах углеродных адсорбентов. Образец до дейтерирования и после дейтерирования высушивают до постоянной массы, после чего возбуждают сигнал свободной индукции и измеряют амплитуду сигнала, по результатам измерений определяют число активных центров по соответствующей формуле. Техническим результатом изобретения является определение с высокой точностью и экспрессностью числа активных центров углеродных адсорбентов, не разрушая при этом образец. 1 табл.

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано при количественном определении числа активных центров в различных модификациях углеродных адсорбентов (УА).

Изобретение позволяет устранить эти недостатки.

В разработанном способе определения числа активных центров в УА использовался физический метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Известно, что макроскопическая ядерная намагниченность М образца равняется
, (1)
где – гиромагнитное отношение;
N – число протонов водорода;
= h/2;
I – спин ядра;
H₀ – внешнее магнитное поле;
K – постоянная Больцмана;
Т – абсолютная температура вещества.

В данном отношении все величины являются постоянными за исключением числа протонов N. Поэтому, M ~ N. В свою очередь, ядерная макроскопическая намагниченность образца М пропорциональна амплитуде сигнала свободной индукции (ССИ) А, регистрируемой импульсным методом ЯМР (А.А. Вашман, И.С.Пронин. “Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия”. – М.: Энергоатомиздат, 1986, с.33). Следовательно, амплитуда ССИ A ~ N.

Предлагаемый метод заключается в том, что измеряются амплитуды ССИ сухих образцов до дейтерирования и после дейтерирования. При этом исходим из того, что
A ~ N, А_д ~ N_д, А_э ~ N_э, (2)
где А – амплитуда ССИ образца углеродного адсорбента до дейтерирования;
А_д – амплитуда ССИ образца углеродного адсорбента после дейтерирования;
А_э – амплитуда ССИ эталонного образца;
N_э – число протонов в эталонном образце, ммоль;
N – число протонов в образце до дейтерирования, ммоль;
N_д – число протонов в образце после дейтерирования, ммоль.

Тогда число активных центров определяется числом протонов гидроксильных групп, подвергшихся дейтерированию
, (3)
где m – масса образца, г.

Если известно число протонов эталонного образца (N_э ~ A_э), то через амплитуды ССИ А и А_д можно пересчитать число активных центров (гидроксильных групп), подвергшихся дейтерированию. Из (2) и (3) получаем
(А-А_д) ~ а_а.ц, А_э ~ N_э.

Выразим отсюда число активных центров в образце в миллимолях
. (4)
Тогда число активных центров на единицу массы (ммоль/г) равняется:
. (5)
Способ осуществляется следующим образом.

Перед дейтерированием образец в пробирке высушивается до постоянной массы при температуре 250^oC в течение 4 часов, пробирка герметизируется резиновой пробкой и замеряется амплитуда ССИ. Затем образец прямо в пробирке заливается тяжелой водой таким образом, чтобы после полной пропитки над образцом находилась жидкость слоем 1-2 мм. В таком виде образец помещается в сушильный шкаф, температура доводится постепенно до 120^oC и высушивается в течение 4 часов. Постепенность повышения температуры необходима, поскольку наиболее интенсивное дейтерирование образцов УА происходит в интервале 90-110^oC. Затем пробирка вновь герметизируется и замеряется амплитуда ССИ дейтерированного образца А_д.

Результаты исследований приведены в таблице.

Преимущество данного способа заключается также в том, что он позволяет определять число активных центров, находящихся в ультрамикропорах с размерами, менее чем диаметр молекулы воды. Как видно из таблицы, адсорбентами с такой структурой являются ФАС-1 и СКТ-6А, для которых а_а.ц больше, чем а_а.ц^*. Это объясняется тем, что сорбционный метод позволяет определять только доступные для молекул воды активные центры, тогда как методом ЯМР регистрируется ССИ от всех протонов УА. При этом дейтерирование гидроксильных групп в ультрамикропорах происходит не вследствие проникновения молекулы тяжелой воды в пору целиком, а вследствие проникновения только ионов дейтерия под действием флуктуирующих электростатических полей.

Формула изобретения

Способ определения числа активных центров углеродных адсорбентов, включающий возбуждение и регистрацию характеристического сигнала исследуемого образца, отличающийся тем, что образец до дейтерирования и после дейтерирования высушивают до постоянной массы, в качестве характеристического сигнала регистрируют сигналы свободной индукции протонов, измеряют амплитуды и определяют число активных центров углеродных адсорбентов (ммоль/г) по формуле

где A – амплитуда сигнала свободной индукции образца углеродного адсорбента до дейтерирования;
A_д – амплитуда сигнала свободной индукции образца углеродного адсорбента после дейтерирования;
A_э – амплитуда сигнала свободной индукции эталонного образца;
N_э – число протонов в эталонном образце;
m – масса образца.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.07.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2003

Извещение опубликовано: 10.04.2003