Ученые Самарского политеха, работая в опытно-промышленной лаборатории по получению из метана пиролизного водорода, обнаружили еще один материал. В процессе синтеза водорода на стенках реакторов стал скапливаться технический углерод, а в некоторых случаях и пиролитический графит, на который первоначально никто не обращал внимания.
– Вообще-то мы не рассчитывали получать углерод, – рассказывает начальник молодёжной опытно-промышленной лаборатории «Нефтегазовые технологии производства водорода и графита», доктор технических наук Игорь Кудинов. – Он был побочным продуктом реакции получения водородной или метано-водородной смеси. Однако наши наблюдения показали, что в реакторах образуется как аморфный углерод, так и пиролитический графит нескольких модификаций. Мы стали изучать его под микроскопом, определили кристаллическую структуру, и оказалось, что это качественный товарный продукт, близкий по свойствам к углероду марки Т-900. Его можно использовать в промышленности, например, в качестве сырья для производства автошин. Ведь 70 процентов этого химического вещества в мире идёт на производство резины.
Сегодня в лаборатории генерируют несколько разновидностей пиролитического графита. Например, графит с чистотой 90 процентов получается в реакторах без катализаторов при пиролизе в газовой фазе. При работе на реакторах с катализаторами чистота пирографита составляет 70 процентов, остальные 30 – это особые формы углерода, нановолокна, обладающие уникальными физическими свойствами: впечатляющей прочностью (в разы прочнее стали), температурой плавления более 2500 градусов, химической стабильностью, высокой тепло- и электропроводностью. Графит сейчас – крайне востребованный и дефицитный продукт. Он используется для изготовления огнеупорных материалов, электрических машин и установок, в химической и горнодобывающей промышленности. Из него изготавливают стержневые карандаши, краски, покрытия и аккумуляторные батареи. Графит незаменим в ядерной промышленности и в других узконаправленных областях. Цена кристаллического графита в 3,5 раза выше стоимости водорода, и с каждым годом объём его мирового потребления увеличивается не менее чем на 20 процентов.
Углеродные нановолокна же могут найти широкое применение в производстве эффективных сорбентов, носителей катализаторов, биологически активных веществ, с их помощью можно облегчить конструкцию современных летательных аппаратов.
Ещё одна, четвёртая, модификация пиролизного углерода, которую синтезируют в Политехе, – наночешуйки. Пока они считаются terra incognita. Известно, что чешуйки появляются при пиролизе метана в жидком металле, имеют размер 100 нанометров в диаметре и несколько нанометров в толщину. Как их выделять из аморфного углерода? Сколько их в нём вообще? Какова область их возможного применения? Ответы на эти вопросы учёным ещё предстоит найти.
Кроме того, политеховцы решают еще одну важную задачу. В области промышленного использования водородных установок существует проблема непрерывного удаления углерода из реакторов. Во время процесса пиролиза углеводородных соединений из 4 кг метана на выходе получается 3 кг углерода. Отсутствие технологии его выгрузки из реактора без остановки техпроцесса существенно осложняет повсеместное внедрение такого способа генерации водорода. Ученые Политеха уже приблизились к решению этой задачи. Созданные ими устройство и технология удаления графита сейчас находятся на стадии патентования.
Фото: пресс-служба СамГТУЭто новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.