Oznaczanie zawartosci wolnego wegla


Ćwiczenie 3

Oznaczanie węgla całkowitego i węgla „wolnego” w produktach syntezy aerozolowej; oznaczanie zawartości składników nieorganicznych.

Piroliza związków krzemoorganicznych w odpowiednio wysokiej temperaturze prowadzi do otrzymania jako produktu węglika krzemu SiC w układzie z nadmiarowym węglem, który w zależności od panujących warunków może wykazywać częściowe uporządkowanie krystaliczne (warstwy grafenowe), lub być całkowicie nieuporządkowany krystalicznie. Oznacza to, że w takim układzie węgiel może występować w postaci związanej, jako SiC, a w przypadku obecności w substratach reakcji tlenu, także innych połączeń, np. w postaci postulowanych w literaturze układów szklistych typu SiOxCy, o zmiennym udziale węgla i tlenu. Oprócz tego węgiel może występować w takich produktach w postaci niezwiązanej, jako tzw. wolny węgiel. Z punktu widzenia zastosowania takich produktów obecność wolnego węgla może być korzystna w przypadku wytwarzania z nich zwartych form materiałowych. Węgiel w takim układzie może na przyład ułatwiać spiekanie proszków SiC,. Zawartość węgla w takich układach jest ściśle określana.

W syntezie opartej na pirolizie aerozoli (gazozoli) otrzymanych z ciekłych związków krzemoorganicznych możliwe jest otrzymywanie produktów o różnym udziale procentowym nadmiarowego, niezwiązanego węgla. Cel ten można osiągnąć poprzez dobór substratów reakcji i ustalenie warunków syntezy.

Węgiel wykazuje znacznie mniejszą odporność na działanie tlenu niż węglik krzemu. W przypadku węgla, początek jego utleniania może zachodzić już w temperaturach poniżej 500 °C, chociaż podatność na utlenianie zmienia się w zależności od formy jego występowania (najwyższą odporność wykazują diament i grafit). Węglik krzemu z kolei charakteryzuje się znacznie wyższą odpornością na działanie tlenu i może wytrzymywać temperatury rzędu 1000 - 1200 °C. Związane jest to między innymi z tym, że pod działaniem tlenu na powierzchni ziaren węglika krzemu tworzy się warstwa SiO2, która pełni rolę warstwy ochronnej, zapobiegającej dalszemu utlenianiu. W przypadku materiałów proszkowych stopień przereagowania SiC do SiO2 zależeć będzie między innymi od wielkości ziaren - im mniejsze ziarna, tym więcej SiC ulegnie utlenieniu.

Analiza materiałów złożonych typu C/SiC jest dość trudna.

Zwłaszcza dotyczy to składu chemicznego takich materiałów. W literaturze opisane są różne metody analizy składu pierwiastkowego. Oznaczanie zawartości krzemu całkowitego w takich materiałach prowadzone jest zwykle przy użyciu tzw. mokrych metod analizy. Istnieją także metody oznaczania zawartości krzemu niezwiązanego. Oznaczanie drugiego głównego składnika takich materiałów, czyli węgla prowadzi się z wykorzystaniem metod utleniania materiału w atmosferze powietrza lub tlenu. W przypadku oznaczania wolnego węgla zwykle prowadzi się łagodne utlenianie w atmosferze powietrza w niskich temperaturach, a zawartość węgla oznacza się na podstawie ubytku masy próbki po utlenianiu. Zakłada się przy tym, że w warunkach panujących podczas niskotemperaturowego utleniania, reakcji z tlenem ulega jedynie wolny węgiel, natomiast węgiel związany w postaci SiC nie ulega reakcji z tlenem. Należy jednak mieć świadomość, że drobne, nanometrowe ziarna SiC mogą powierzchniowo reagować z tlenem w tych warunkach, pokrywając warstwą SiO2, co prowadzić może do błędów w takiej analizie.

Oznaczanie zawartości węgla całkowitego, czyli zarówno tego związanego w postaci SiC, jak i wolnego węgla prowadzi się poprzez wysokotemperaturowe utlenianie próbki w atmosferze tlenu. W klasycznej analizie zawartości węgla powstały w tych warunkach ditlenek węgla może być oznaczony wagowo z różnicy mas absorbera przed i po oznaczaniu. Stosowane są także analizatory automatyczne wykorzystujące do tego celu detektory w podczerwieni.

Oznaczanie zawartości wolnego węgla drogą utleniania w powietrzu.

Wykonanie ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest określenie zawartości wolnego węgla w proszku otrzymanym metodą aerozolową z prekursorów krzemoorganicznych. Oznaczenie przeprowadza się poprzez określenie ubytku masy proszku po łagodnym utlenianiu w atmosferze powietrza.

Warunki utleniania: temperatura 700 ºC, czas 1 godzina, atmosfera powietrza.

1. Do dwu ceramicznych tygli wyprażonych wcześniej i przechowywanych w eksykatorze, odważyć 1 gram proszku z dokładnością do 0,0002 g. Następnie lekko stukając tyglem o blat stołu rozprowadzić proszek równomiernie po dnie tygla.

2. Po skontrolowaniu temperatury pieca i stwierdzeniu, że wynosi ona 700 ºC, ustawić tygle z próbkami na podstawce żaroodpornej, a całość umieścić w piecu, w strefie stałej temperatury. Zamknąć natychmiast piec, a po ponownym osiągnięciu przez piec zadanej temperatury, lekko uchylić drzwi pieca, zapewniając w ten sposób dopływ powietrza.

3. Po upływie 1 godziny należy zakończyć utlenianie, wyciągając podstawkę z pieca. Gorącą podstawkę ustawić na przygotowanej termoizolacyjnej podkładce ceramicznej. Pozostawić tygle do schłodzenia w powietrzu, a po osiągnięciu przez nie temperatury ok. 40-50 ºC, przenieść tygle do eksykatora i pozostawić tam do osiągnięcia temperatury otoczenia. Po ochłodzeniu zważyć tygle z pozostałością.

5. Pozostałość z tygli przenieść do pojemnika zawierającego opis próbki i zachować do dalszych analiz. Próbki przechowywać w eksykatorze wypełnionym środkiem osuszającym.

Na podstawie wyników ważenia obliczyć w procentach wagowych ilość wolnego węgla i substancji nieorganicznej w próbce.

Oznaczanie zawartości wolnego węgla na podstawie masy CO2 powstałego w wyniku spalania próbki w atmosferze tlenu.

Wykonanie ćwiczenia.

Aparat do pomiaru zawartości węgla składa się z pieca z układem regulacyjnym, rury do spalań, absorbera (zestawu absorberów) do pochłaniania ditlenku węgla i regulatora natężenia przepływu tlenu (wg PN/C-04301).

1. Do rury do spalań umieszczonej w piecu podłączyć zważone z dokładnością do 0,0002 g absorbery.

2. Do wyprażonej łódeczki naważyć około 0,2 g próbki z dokładnością do 0,0002 g i rozprowadzić ją równomiernie na dnie łódeczki, ostrożnie potrząsając łódeczką ruchem poziomym. Próbkę w łódeczce pokryć dokładnie warstwą wyprażonego wcześniej i przechowywanego w eksykatorze tlenku glinu (Al2O3) w ilości około 0,2 g.

3. Łódeczkę z próbką umieścić w rurze do spalań w takiej odległości od końca rury, aby było możliwe zamknięcie rury korkiem z zamocowanym w nim popychaczem.

4. Uregulować natężenie przepływu tlenu do wartości 300 cm3/min.

5. Przy użyciu popychacza przesuwać łódeczkę w strefę najwyższej temperatury z prędkością ok. 37 mm/min. Spalanie w tej strefie prowadzić w ciągu 4 minut, a następnie przepuszczać tlen przez układ jeszcze przez 10 minut.

6. Po tym czasie odłączyć absorbery, zabezpieczając je przed dostaniem się do nich powietrza. Pozostawić je do odchłodzenia w eksykatorze w ciągu 1 godziny. Usunąć łódeczkę z rury do spalań przy użyciu pręta żaroodpornego.

7. Ochłodzone w eksykatorze absorbery zważyć z dokładnością do 0,0002 g.

8. Na podstawie zmian masy absorberów (masy powstałego CO2) obliczyć w procentach masowych zawartość wolnego węgla w próbce.

W sprawozdaniu porównać wyniki uzyskane w obu metodach i wyjaśnić ewentualne rozbieżności.

Oznaczanie zawartości węgla całkowitego. Wykonanie ćwiczenia.

Oznaczanie zawartości węgla całkowitego przeprowadzane jest przy użyciu analizatora automatycznego.

Stanowisko do badań (analizator połączony z komputerem) jest uruchamiane przed ćwiczeniami. Obsługa stanowiska przez studentów sprowadza się do skontrolowania temperatury pieca, poprawności pracy programu sterującego analizatorem i pomiaru zgodnie z instrukcją.

Wszelkie uwagi i wątpliwości dotyczące nieprawidłowego działania aparatury przekazać prowadzącemu zajęcia.

Przygotowanie próbki.

Do wyprażonej łódeczki naważyć około 0,2 g próbki z dokładnością do 0,0002 g i rozprowadzić ją równomiernie na dnie łódeczki, ostrożnie potrząsając łódeczką ruchem poziomym.

Próbkę w łódeczce pokryć dokładnie warstwą wyprażonego wcześniej i przechowywanego w eksykatorze tlenku glinu (Al2O3) w ilości około 0,2 g.

Obsługa programu

W oknie głównym programu wybrać przycisk pomiar.

Odczekać, aż kontrolka w oknie głównym będzie w stanie Gotów.

Pojawi się komunikat „Przygotowanie analizatora do pomiarów”. W tym czasie następuje płukanie układu analizatora gazowego czystym tlenem.

Następnie pojawi się okienko służące do wpisania masy analizowanej próbki. Należy wtedy wpisać masę próbki w gramach i zatwierdzić przyciskiem Enter.

Po wprowadzeniu masy naważki wyświetli się komunikat Potwierdź włożenie próbki. Włożyć wtedy próbkę na początek reaktora i potwierdzić przyciskiem Enter. Od tego momentu rozpoczyna się pomiar.

Przy pomocy popychacza wsunąć łódeczkę na początek strefy grzejnej i odczekać ok. 30 sek., aż nastąpi wstępne odgazowanie próbki.

Po upływie tego czasu wsunąć łódeczkę do środka pieca.

Po zakończeniu analizy wynik pomiaru zawartości węgla w procentach wagowych pojawi się w oknie głównym.

Należy wtedy wyciągnąć łódeczkę z pieca przy użyciu przystosowanego do tego celu pręta żaroodpornego, a zawartość łódeczki przenieść do opisanego pojemnika i zachować do analizy FT-IR.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Oznaczanie zawarto ci węgla i wodoru, MOJE STUDIA Toksykologia i Mikrobiologia środowiska (Ochrona Ś
Oznaczenie zawartosci wegla organicznego w glebach i gruntach, rolnik2015, produkcja roslinna
Metody oznaczania zawartosci wegla
Oznaczenie zawartości węgla organicznego w glebach i gruntach
Oznaczenie zawartości węgla organicznego w glebach i gruntach(1)
Oznaczanie zawartości wilgoci w węglu
Oznaczenie zawartości sacharydów, Technologia żywnosci i Żywienie człowieka, 4 SEMESTR, Analiza żywn
Oznaczenia zawartości cukrów rozpuszczalnych w materiale roślinnym
Oznaczanie zawartości substancji mineralnej i popiołu oraz topliwości popiołu
Polarymetryczne oznaczanie zawartości skrobi, Tż, Analiza żywności II, Sprawozdania
Oznaczanie zawartości związków azotowych
OZNACZANIE ZAWARTOCI POLISACHARYDW1, 2 rok, analiza, Analiza żywności, analiza cd, sprawka
Oznaczanie zawartości jonów wapniowych
Oznaczenie zawartości białek
Metodyka oznaczanie zawartosci azotanow
(4 3) Oznaczanie zawartości wodoretlenku sodu w roztworze wodnym
Instrukcja 2 oznaczanie zawartości soli
Analiza żywności Oznaczanie zawartości sacharydów

więcej podobnych podstron