Stages of destruction and elastic compression of granular nanoporous carbon medium at high pressures

Abstract

The granular nanoporous carbon medium, made of the cylindrical coal granules of the adsorbent of СКТ-3, at an influence by the high pressures from 1 MPa to 3 GPa has been researched. The eight consecutive stages of the material’s specific volume change, which is characterized by a certain dependence of the volume change on the pressure change, have been registered. It is shown that there is a linear dependence on the double log-log plot of the material’s specific volume change on the pressure for an every stage of considered process. The two stages are clearly distinguished: a stage of material’s mechanical destruction, and a stage of elastic compression of material without the disintegration of structure at a nano-scale. The hysteresis dependence of the material’s specific volume change on the pressure change at the pressure decrease is observed. The small disperse coal dust particles jettisoning between the high pressure cell and the base plate was observed, resulting in the elastic stress reduction in relation to the small disperse coal dust particles volume. The obtained research data can be used to improve the designs of air filters for the radioactive chemical elements absorption at the NPP with the aims to protect the environment.

Исследована объемная усадка насыпной среды, состоящей из угольных гранул адсорбента СКТ-3, под действием давления от 1 MПa до 3 ГПa. Обнаружены семь последовательных стадий изменения удельного объема материала, характеризующихся в каждой из них определенной величиной изменения объема в соответствующем диапазоне изменения давления, имеющем в двойном логарифмическом масштабе на каждом участке соответствующую линейную зависимость. Сделаны выводы о проявлении в ходе деформации пористых тел как стадий разрушения материала, так и стадий упругого сжатия среды без разрушения внутренней структуры. При уменьшении давления наблюдалась гистерезисная зависимость в изменении объема, и при ~ 100 MПa возникал пылевой выброс материала между ячейкой высокого давления и основанием, на котором она располагалась. Полученные данные могут быть использованы для разработки воздушных фильтров.

Досліджена об'ємна усадка насипного середовища з вугільних гранул адсорбенту СКТ-3 під дією тиску від 1 МПa до 3 ГПa. Виявлені сім послідовних стадій зміни питомого об'єму матеріалу, які характеризуються в кожній з них певною величиною зміни об'єму у відповідному діапазоні зміни тиску, що має в подвійному логарифмічному масштабі на кожній ділянці відповідну лінійну залежність. Зроблено висновки про прояв у ході деформації пористих тіл як стадій руйнування матеріалу, так і стадій пружного стиску середовища без руйнування внутрішньої структури. При зменшенні тиску спостерігалася гістерезисна залежність у зміні об'єму, і при ~ 100 MПa виникав пиловий викид матеріалу між осередком високого тиску і підставою. Отримані дані можуть бути використані для розробки повітряних фільтрів.