Исследование процессов пиролизной карбонизации высокомолекулярных органических соединений под влиянием высокоинтенсивного СВЧ излучения

Цель научного исследования * 1. Основной целью настоящего исследования является выявление и изучение наиболее оптимальных по критерию развитости поверхности условий пиролитического получения углематериалов с максимальной степенью активации поверхности путём интенсивного микроволнового воздействия на высокомолекулярные органические соединения. 2. Также в работе предполагается получение новых данных, характеризующих среду, в которой проводится пиролиз высокомолекулярного органического соединения (на примере целлюлозы) с учётом специфики микроволнового воздействия. К таковым можно отнести: химический состав газовой среды, скорость газового потока, необходимость применения дополнительных окислителей и др. 3. Кроме того, практически полное отсутствие в зарубежных и отечественных научных публикациях сведений о характеристиках применяемых для микроволновой пиролизной карбонизации электродинамических систем, равно как и время-мощностных режимов микроволнового воздействия, определяет необходимость получения таких данных, как одного из важнейших факторов, определяющих эффективность результата как процесса СВЧ пиролизной карбонизации высокомолекулярного органического соединения, так и последующей его активации. Актуальность проблемы, предлагаемой к решению * Исследование актуально с точки зрения поиска принципиально новых решений для повышения эффективности процессов пиролизного получения активированных углематериалов из высокомолекулярных органических соединений. В настоящее время традиционно используемые методы получения углематериалов, использующие теплопроводность, излучение или конвекцию, исчерпали свои возможности с точки зрения повышения эффективности процесса, сокращения временных и энергетических затрат. Реальной альтернативой может служить метод микроволнового воздействия, как метод, обладающий рядом преимуществ (адресный и объёмный характер нагрева, отсутствие инерционности, малое время достижения необходимых температур и т.д.) перед традиционно применяемыми методами. В настоящее время микроволновый пиролиз не используется в мировой практике для получения углематериалов, однако, судя по количеству научных публикаций в зарубежных изданиях, изучению данного метода, как наиболее перспективного метода пиролитической карбонизации из существующих на сегодня, уделяется первостепенное внимание. Описание задач, предлагаемых к решению * 1. Экспериментальное определение концентрации электромагнитного поля, необходимой для достижения температур проведения пиролитической карбонизации образцов высокомолекулярного органического вещества (целлюлозы). Обоснованный выбор электродинамической системы, обеспечивающей заданную напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в области взаимодействия СВЧ волны с обрабатываемым образцом. Выбор время-мощностных характеристик микроволновой обработки, а также режимов стоячей или бегущей волны. 2. Экспериментальное определение влияния состава устойчивой к разрядам в условиях воздействия интенсивного СВЧ электромагнитного поля газовой среды на прохождение микроволнового пиролиза, необходимость применения дополнительного окисляющего агента. Получение данных о минимально необходимых скоростях перемещения газовой среды в области взаимодействия образца с СВЧ волной, либо о необходимости полного отсутствия тока газа. При этом основным критерием выбора определяемых условия является степень развитости поверхности обработанного образца. 3. Проведение сравнительного анализа свойств образцов, включая зависимость электрической ёмкости от удельного тока при проведении гальваностатического заряда-разряда, карбонизированных при различных условиях состава газовой среды и скорости её потока в области СВЧ воздействия, времени и мощности СВЧ воздействия. Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость) * Основными предполагаемыми результатами данной работы следует считать: 1. Новые данные об оптимальных характеристиках и распределении СВЧ электромагнитного поля в электродинамической системе для нагрева образцов высокомолекулярного органического соединения (на примере целлюлозы) до температур их пиролитического разложения при атмосферных условиях с последующей активацией поверхности. 2. Теоретическое и экспериментальное обоснование выбора электродинамической системы, специализированной для проведения пиролитической карбонизации образцов высокомолекулярного органического соединения. 3. Получение новых данных о зависимости степени развитости поверхности обработанного в поле СВЧ образца от состава газовой среды, а также от скорости её перемещения в области взаимодействия обрабатываемого образца с микроволной.