專利名稱：一種多孔碳素材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型材料，尤其涉及多孔碳素材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前用作凈化液體、氣體的多孔材料，大多是陶瓷材料、金屬及合金材料、高分子材料和纖維材料等。這些材料有的耐腐蝕但不耐高溫，有的耐高溫但不耐腐蝕。在高危物、 重金屬、貴金屬、煤氣化、環(huán)境保護(hù)上都需要一種既能耐高溫又耐腐蝕的、透過率好、過濾精度高、易清洗的凈化材料。由于碳的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫、耐腐蝕，可以通過控制造孔來滿足過濾要求。但采用傳統(tǒng)方法制造的多孔碳過濾材料在凈化過程中透過率低、過濾精度低，易堵塞，不方便再生，易失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對(duì)上述存在的問題，提供一種同時(shí)具有優(yōu)良的化學(xué)耐腐蝕性、耐高溫低溫性能、導(dǎo)電性、透過率和過濾精度的多孔碳素材料及其制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的一種多孔碳素材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
(1)原料與輔料選擇其中，原料選自生石油焦、生浙青焦、冶金焦中的至少一種；輔料為造孔劑；
(2)粉碎球化與分級(jí)將原料在粉碎球化設(shè)備中進(jìn)行球化處理，分級(jí)葉輪750 觀00 轉(zhuǎn)/分，流量1200 2000 Hf /h，將所得粉末在分級(jí)設(shè)備上分成1 8級(jí)；分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為根據(jù)需要相應(yīng)粒徑的球化粉末如過40目篩的篩下物與過80目篩的篩上物合為一級(jí)，表示為(-40目+80目)，以下的表示類推；球化處理的粉末制造的多孔碳，孔徑均勻，孔道光滑不易阻塞，再生性好，使用周期長(zhǎng)
(3)配料將步驟(2)所得的1 2種粒徑原料球化粉稱量，每種粒徑的重量百分比為 (0 35%) (65 100%);同時(shí)，添加相當(dāng)于原料重量的5 15%的造孔劑；
(4)混合將步驟(3)配好的原料與造孔劑一起加熱、混合，并加入原料與造孔劑質(zhì)量總量的25 40%的粘結(jié)劑，加熱溫度為130 160°C，混合時(shí)間為1 2.釙；
(5)成型將步驟(4)所得的混合物成型；
(6)焙燒；在焙燒設(shè)備中進(jìn)行焙燒，溫度為800 1100°C，焙燒時(shí)間為200 350h，即得。作為優(yōu)選步驟(1)中造孔劑選自氯化銨、木屑粉、發(fā)泡劑中的至少一種。作為優(yōu)選步驟(2)所述的粉碎球化設(shè)備為渦旋氣流磨。作為優(yōu)選步驟(2)所述的分級(jí)設(shè)備為超聲波分級(jí)設(shè)備。作為優(yōu)選步驟(4)所述的粘結(jié)劑為熬煮煤焦油，熬煮煤焦油是一種沸點(diǎn)介于煤焦油與浙青之間的混合物，是將煤焦油在i2o°c下進(jìn)一步蒸餾池后所得產(chǎn)物。作為優(yōu)選步驟(4)中采用的是混合機(jī)。
作為優(yōu)選所述步驟(5)的成型方法為熱模壓成型，模溫為120 160°C。本發(fā)明還提供一種采用上述制備方法所制得的多孔碳素材料。本發(fā)明創(chuàng)造性地采用生石油焦、生浙青焦作為原料，由于生焦(生石油焦、生浙青焦)內(nèi)有細(xì)長(zhǎng)橢圓均勻小孔，并含7-1 的揮發(fā)份，焦粒與液體粘結(jié)劑接觸，首先是潤(rùn)濕顆粒表面形成“彈性層”，粘結(jié)劑本身屬于弱極性物質(zhì)，在一定溫度下對(duì)碳顆粒有較好的潤(rùn)濕性， 并通過表面微孔的毛細(xì)管，粘結(jié)劑中輕組分很快滲透到表面的空隙中去，隨著溫度提高，粘結(jié)劑對(duì)顆粒的潤(rùn)濕角降低，這對(duì)顆粒潤(rùn)濕效果更好；原料糊塑性增加，對(duì)成型有利。由于粘結(jié)劑中輕餾物較多，焙燒時(shí)一部分聚合形成結(jié)焦碳增加強(qiáng)度，大部分揮發(fā)起造孔作用，同時(shí)顆粒本身含有揮發(fā)份也同樣起到增加強(qiáng)度和造孔作用，故此得到強(qiáng)度高，透過率好的多孔材料。采用上述方法，本發(fā)明所制得的多孔碳素材料的理化性質(zhì)如下其體積密度 (1.35g/cm3，氣孔率彡35%，抗折強(qiáng)度彡3MPa，抗壓強(qiáng)度彡9 MPa，平均孔徑為1 200 μ m， 過濾精度為0. 5 100 μ m，透過率為20 600m3/m2 . KPa . h,導(dǎo)熱率為2 3w/m . k, 熱膨脹系數(shù)為2. 0 4. OX ΙΟ-6/k。采用本發(fā)明所制得的多孔碳素材料可在PHO 14范圍長(zhǎng)期使用，而金屬及合金材料在酸性介質(zhì)中使用壽命短且易造成二次污染；本發(fā)明所制得的多孔碳素材料在硫酸、鹽酸、硝酸制備過程中凈化過濾使用壽命可達(dá)兩年以上，其他材料使用壽命最高不足10天； 采用本發(fā)明所制得的多孔碳素材料可在1500°c (無氧介質(zhì))以下使用，高分子材料和纖維材料無法在高溫條件下使用。特別是在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿加高溫的惡劣復(fù)合條件下本材料更加具有優(yōu)越性。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用生焦粉作球化處理后制得過濾材料，收縮大、強(qiáng)度高、空隙均勻分布、孔道光滑、過濾精度高、透過率好，凈化過程中不易阻塞，再生容易，壽命長(zhǎng)；本發(fā)明所制備的多孔碳材料可以廣泛用作過濾材料、隔熱材料、導(dǎo)電電極等。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1
采用下述步驟制備的多孔碳材料
(1)選取生石油焦作為原料，氯化銨作為造孔劑，原料均為市購(gòu)；
(2)粉碎球化和分級(jí)用渦旋氣流磨將生石油焦粉碎球化，并用超聲機(jī)振動(dòng)篩分為 (-70目+100目)和(-100目+160目)兩種粒徑粉末；
(3)配料將上述所得的球化粉按質(zhì)量百分比(-70目+100目)(-100目+160目)=；35 65配料，并外加按原料總重量比計(jì)10%的氯化銨；
(4)混合將上述配料加入混合機(jī)中加熱混合，并注入原料與造孔劑總重量25%的熬煮煤焦油作粘結(jié)劑，混合溫度為150°C，混合時(shí)間池；(5)成型將上述所得的料，在液壓機(jī)上熱模壓成型，模溫130°C；
(6)焙燒將上述所得的壓坯，在碳素焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為900°C，焙燒時(shí)間為 220h ；
所得材料體積密度為1. 35g/cm3，氣孔率55%，抗折強(qiáng)度5. 4MPa，抗壓強(qiáng)度14 MPa，平均孔徑為8.5 μ m，過濾精度為19 μ m，透過率為IOlm3Ai2 . KPa . h，導(dǎo)熱率為3w/m . k，熱膨脹系數(shù)為4. OX io-6/k；
將該材料，按需要加工成不同形狀尺寸的產(chǎn)品，并用超聲波清洗、烘干即得成品。實(shí)施例2
(1)選取生浙青焦作為原料，木屑粉作為造孔劑，原料均為市購(gòu)；
(2)粉碎球化和分級(jí)用渦旋氣流磨將生石油焦粉碎球化，并用超聲波振動(dòng)篩分為 ("100目+200目)這一種粒級(jí)的粉末；
(3)配料將上述所得的球化粉外加按原料總重量比計(jì)5%的木屑粉；
(4)混合將上述配料加入混合機(jī)中加熱混合，并注入原料與造孔劑總重量30%的熬煮煤焦油作粘結(jié)劑，混合溫度為140°C，混合時(shí)間1. 5h ；
(5)成型將上述所得的料，在液壓機(jī)上熱模壓成型，模溫150°C；
(6)焙燒將上述所得的壓坯，在碳素焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為1100°C，焙燒時(shí)間為 320h ；
所得材料體積密度為1. 24g/cm3,氣孔率58%，抗折強(qiáng)度7. 5MPa,抗壓強(qiáng)度20 MPa,平均孔徑為IOym,過濾精度為Mym,透過率為20;3m7m2 . KPa . h，導(dǎo)熱率為2. 5w/m . k，熱膨脹系數(shù)為2.5X10_6/k;
將該材料，按需要加工成不同形狀尺寸的產(chǎn)品，并用超聲波清洗、烘干即得成品。實(shí)施例3
1.選取冶金焦作原料；用發(fā)泡劑作造孔劑，原料為市購(gòu)；
2.粉碎球化和分級(jí)；用渦旋氣流磨將冶金焦粉碎球化并用超聲波振動(dòng)篩，分級(jí)為(-40 目+80目)這一種粒級(jí)粉末；
3.配料將上述所得球化粉外加按原料粉總重比例計(jì)5%的發(fā)泡劑。4.混合將上述配料加入混合機(jī)中加熱混合，并注入原料與造孔劑總量比例35% 的熬煮煤焦油作粘結(jié)劑，混合溫度150°C，混合時(shí)間2小時(shí)。5.成型將上述所得的料，在液壓機(jī)上熱模壓成型，模溫150°C
6.焙燒將上述所得壓坯，在碳素焙烘爐中焙燒，焙燒最高溫度為1100°C， 焙燒時(shí)間350小時(shí)。所得材料體積密度為1. 34g/cm ,氣孔率56%，抗折強(qiáng)度4Mpa，抗壓強(qiáng)度8Mpa，平均孔徑60um，過濾精度82um，透過率370m /m . kpa. h,導(dǎo)熱率2. Ow/m. k,熱膨脹系數(shù) 3. OXlO^6A ；
將該材料，按需要加工成圖形狀產(chǎn)品，并用超聲波清洗，并烘干即成產(chǎn)品。實(shí)施列4
1.選取生石油焦和生浙青焦作原料，氯化氨作造孔劑，原料均為市購(gòu)。2.粉碎球化和分級(jí)用渦旋氣流磨將原料粉碎球化并用超聲波振動(dòng)分級(jí)成(-400 目+600目)這一種粒級(jí)。
3.配料將上述所得球化粉按石油焦浙青焦=30:70 (重量比)外加按原粉總重的比例15%氯化氨。4.混合將上述配料加入混合機(jī)中加熱混合，并注入原料與造孔劑總量40%的熬煮煤焦油作粉結(jié)劑，混合溫度160°C，混合時(shí)間2. 5小時(shí)。5.成型將上述所得的料，在液壓機(jī)上熱模壓成型，模溫160°C。6.焙燒將上述所得毛坯，在碳素焙燒爐中焙燒，焙燒最高溫度1100°C，焙燒時(shí)間 350小時(shí)。所得材料，體積密度1. 3g/cm ,氣孔率58%，抗折強(qiáng)度ΙΟΜρ ，抗壓強(qiáng)度20Mpa， 平均孔徑2um，過精度Ium,透過率20m /m . kpa. h，導(dǎo)熱率3w/m. k，熱膨脹系數(shù) 4. OXlO^6A ；
將該材料，按需要加工成各種形狀的產(chǎn)品，并用超聲波清洗并烘干成成品。
權(quán)利要求
1.一種多孔碳素材料的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)原料與輔料選擇其中，原料選自生石油焦、生浙青焦、冶金焦、木炭中的至少一種； 輔料為造孔劑；(2)粉碎球化與分級(jí)將原料在粉碎球化設(shè)備中進(jìn)行球化處理，分級(jí)葉輪750 觀0 轉(zhuǎn) /分，流量1200 2000 in2 /h，將所得粉末在分級(jí)設(shè)備上分成1 8級(jí)；(3)配料將步驟(2)所得的1 2種粒徑原料球化粉稱量，每種粒徑的重量百分比為 (0 35%) (65 100%);同時(shí)，添加相當(dāng)于原料重量的5 15%的造孔劑；(4)混合將步驟(3)配好的原料與造孔劑一起加熱、混合，并加入原料與造孔劑質(zhì)量總量的25 40%的粘結(jié)劑，加熱溫度為130 160°C，混合時(shí)間為1 2.釙；(5)成型將步驟(4)所得的混合物成型；(6)焙燒；在焙燒設(shè)備中進(jìn)行焙燒，溫度為800 1100°C，焙燒時(shí)間為200 350h，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳素材料的制備方法，其特征在于步驟(1)中造孔劑選自氯化銨、木屑粉、發(fā)泡劑中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳素材料的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的粉碎球化設(shè)備為渦旋氣流磨粉機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳素材料的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的分級(jí)設(shè)備為超聲波分級(jí)設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳素材料的制備方法，其特征在于步驟(4)所述的粘結(jié)劑為熬煮煤焦油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳素材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中采用的是混合機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳素材料的制備方法，其特征在于所述步驟(5)的成型方法為熱模壓成型，模溫為120 160°C。
8.權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)的制備方法所制得的多孔碳素材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多孔碳素材料及其制備方法，其制備方法依次包括原料與輔料選擇、粉碎球化與分級(jí)、配料、混、成型、焙燒等步驟；創(chuàng)造性地采用生石油焦、生瀝青焦作為原料，采用生焦粉作球化處理后制得過濾材料，收縮大、強(qiáng)度高、空隙均勻分布、孔道光滑、過濾精度高、透過率好，凈化過程中不易阻塞，再生容易，壽命長(zhǎng)；本發(fā)明所制備的多孔碳材料可以廣泛用作過濾材料、隔熱材料、導(dǎo)電電極等。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102417174SQ20111024982
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者張宜國(guó), 張玉桃, 王富光, 袁援 申請(qǐng)人:自貢市宇星碳素制品有限公司