BG63263B1 - Термична обработка на въглеродни материали - Google Patents

Термична обработка на въглеродни материали Download PDF

Info

Publication number
BG63263B1
BG63263B1 BG102232A BG10223298A BG63263B1 BG 63263 B1 BG63263 B1 BG 63263B1 BG 102232 A BG102232 A BG 102232A BG 10223298 A BG10223298 A BG 10223298A BG 63263 B1 BG63263 B1 BG 63263B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
plasma
carbon
carbon material
heat treatment
carrier gas
Prior art date
Application number
BG102232A
Other languages
English (en)
Other versions
BG102232A (bg
Inventor
Steinar Lynum
Ketil Hox
Jan Hugdahl
Richard Smet
Nicolas Probst
Original Assignee
Kvaerner Technology And Research Ltd.
Erachem Euroe S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kvaerner Technology And Research Ltd., Erachem Euroe S.A. filed Critical Kvaerner Technology And Research Ltd.
Publication of BG102232A publication Critical patent/BG102232A/bg
Publication of BG63263B1 publication Critical patent/BG63263B1/bg

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04—Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C3/048—Treatment with a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/78—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32—Thermal properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Abstract

Изобретението се отнася до термична обработка на въглеродни материали, по-специално на сажди, чрез плазмен метод за усъвършенстване на порядъка в наноструктурата, т.е. за повишаване степента на графитизация в саждените частици. С него се подобрява качеството на промишления въглерод и на неграфитизираните въглеродни материали. По метода термичната обработка се осъществява в плазмена зона, където времето за пребиваване и прилаганата мощност се контролират, за да се предотврати сублимирането на въглеродния материал, вследствие на което въглеродътв плазмената зона е защитен от трансформиране и реформиране в нов продукт.

Description

Област на техниката
Настоящото изобретение се отнася до метод за термична обработка на въглеродни материали, по-специално, на сажди чрез плазмен метод за усъвършенстване на порядъка в наноструктурата. Методът се състои в повишаване на качеството на промишления въглерод. Термичната обработка се провежда в плазмена зона, където времето на пребиваване и прилаганата мощност се контролират, за да се предотврати сублимирането на въглеродния материал, което води до предотвратяване на изпарението на въглерода и трансформирането му в нов продукт.
Предшестващо състояние на техниката
Микроструктурата на саждените части ци се състои от малки кристални области с турбонаслояване, т.е. паралелните слоеве се въртят, но не се подреждат около оста с. Графитните слоеве са подредени концентрично около повърхността на частицата, т.е. притежават паралелна ориентация, с повишена степен на безпорядък по отношение на центъра на частиците.
Размерът на кристалита се определя посредством Lc, La и d 002, респективно. Lc представлява размера на кристалита в посока с, т.е. височината и представлява средната височина на пакета от графитни слоеве. La е размерът или пространството, което заемат слоевете и представлява средният диаметър на всеки слой, d 002 представлява разстоянието между графитните слоеве.
Кристалитните размери, измерени чрез рентгеново разсейване на сажди, получени по известни конвенционални методи, са представени в таблица 1.
Структурни свойства на сажди, определени чрез рентгеново разсейване (шп)
Таблица 1
Вид Т.я 1.с d 002
Графит па сравнение 0.0.35
Термични сажди 2.8 1 .7 0..3 50
Канални сажди 1 .4 1.4 0.353
Пещни сажди 2.0 1.7 0.355
Ацетиленови сажди 2.7 2.6 0.34.3
Известно е, че термичната обработка променя степента на подреденост в наноструктурата на саждените частици. Размерите на кристалита нарастват чрез повишаване на средния диаметър (La) на графитните слоеве и чрез повишаване на средната височина (Lc) на слоя. Разстоянието между графитните слоеве (d 002) се намалява.
Термичната обработка на сажди, проведена при температури над 1000°С, влияе върху наноструктурата и морфологията. Повишаване на температурата до 2700°С или повече има мощен ефект върху подреждането на графитните слоеве и нарастването на кристалитите достига ниво, съответстващо за данните за ацетиленови сажди.
Известните методи за термична обработка се състоят в нагряване в индукционна пещ в атмосфера на инертен газ до температури между 1100°С и 2400°С с време на пребиваване от няколко минути до няколко часа.
В US 4 351 815 е описан метод за термична обработка на сажди в пещ с две нагревни зони. В първата зона саждите се нагряват до температури между 565°С и 760°С, за да се осъществи превръщане на остатъчния в саждите кислород във въглеродни диоксиди, а във втората зона саждите се нагряват до температури между 1400°С и 2400°С. Времето за термична обработка може да варира от 9 s до 10 min.
В DD 292 920 е описан метод за получаване на сажди от най-високо качество от нискокачествени сажди в плазмен реактор. В суровия материал се индуцира енталпия поне 3 kwh/kg за реакционно време между 0,1 и 1 s, която води до пълно или частично сублимиране на саждите. Той е под формата на газообразен въглерод и, следователно, процесът трябва да се характеризира като трансформиране на суровия материал, а не като процес на термична обработка.
Във WO 94/17908 е описан метод за трансформиране на въглеродни материали като сажди и графит с незадоволителна наноструктура в плазмен реактор. Към суровия материал се прилага енергия между 40 kw/h и 150 kw/h с време за престояване в реакционната камера между 2 и 10 s. Процесът трябва да се характеризира като трансформиране на суровия материал, а не като процес на термична обработка.
Техническа същност на изобретението
Задача на настоящото изобретението е да се създаде метод за термична обработка на въглеродни материали, по-специално, на всички видове сажди, за да се постигне по-добро подреждане в наноструктурата. този порядък в наноструктурата може да бъде изследван по стандартни структурни методи, като микроскопия и рентгеново разсейване.
Съгласно изобретението се повишава качеството на промишлените сажди и предлаганата обработка води до обогатяване на въглеродни материали от неграфитизиран тип, които, например, могат да се използват като материали за електроди.
Термичната обработка съгласно изобретението дава възможност то да постигне специално качество без използване на скъпи суровини като ацетилен.
Термичната обработка дава възможност и да се обработват големи количества суровини за кратко време, което прави процеса икономически изгоден.
В известните конвенционални методи за термична обработка времето на пребиваване на суровината в пещта е от 10 s до няколко часа. При такива процеси не могат да се обработват големи обеми за кратко време и, следователно, не са изгодни. Беше открито, че времето за термична обработка на въглеродни частици като сажди, може драстично да се намали. Чрез термична обработка по плазмен метод, т.е. в плазмена зона, се постига същият порядък на графитните слоеве, както през време на нагряването в пещ.
В плазмената зона, обаче, по-добро подреждане в наноструктурата се постига вече при време на престой в границите от 0,5 до 0,1 s или по-малко. Дори време на престой от 0,05 s или по-малко е достатъчно, за да се постигне задоволителен порядък в наноструктурата.
Този вид термична обработка се осъществява в плазмена зона, която се създава в плазмена горелка, където между електродите се образува електрична дъга, или в плазмена зона, създадена чрез индукционно нагряване, например, чрез нагряване на газ с висока честота.
Термично могат да бъдат обработени различни въглеродни материали като въглища, кокс и т.н., но най-напред и преди всичко сажди, за да се постигне специално качество. Въглеродните частици постъпват в плазмената зона с помощта на носещ газ. Носещият газ може да бъде, също плазменият газ.
Като носител, или плазмен газ, може да се използва инертен газ като аргон или азот. Може да бъде използван редукционен газ като водород, или промишлен газ, който може да бъде смес на водород плюс метан плюс въглероден окис плюс въглероден двуокис. Може да се използва също и комбинация от тези газове.
Настоящото изобретение е обяснено поподробно със схематичната форма на фигура 1, показваща принципна конструкция на плазмена горелка с подаване на суровина в плазмената зона. Схемата илюстрира основна плазмена горелка, която дава възможност на специалистите да разработват технически подобрения чрез използване на известни начини.
Плазмената горелка може да бъде с конвенционална конструкция. От N0 174450 = PCT/NO 92/00195 - WO 93/12633 на същия заявител е известна конструкция. Тази плазмена горелка е предназначена за подаване на енергия към химични процеси.
Плазмената горелка, илюстрирана на фигура 1 се състои от външен електрод 1 и централен електрод 2. Електродите са цилиндрични по форма и са разположени коаксиално един в друг. Електродите са твърди и са изработени от материал с висока температура на топене с добра електропроводимост като графит. Могат да бъдат използвани, също, електроди от студен метал. По електродите може да тече прав или променлив ток. Около електродите, в работната област на електричната дъга се поставя намотка 3, по която тече прав ток, като при това се образува аксиално магнитно поле.
Плазменият газ може да минава през пръстеновидното пространство 4 между електродите. Плазменият газ може, също да бъде и носещ газ на въглеродните частици. Въглеродните частици преминават през електричната дъга, при което те стават еднакви в плазмената зона 9. Времето за пребиваване на саждените частици в плазмената зона 9 може да бъде определено на база на скоростта на газовия поток за плазмения газ.
Носещият газ, съдържащ въглеродните частици може да премине през отвора 5 в централния електрод 2 или през отделна тръба 6, поставена коаксиално в централния електрод 2. Конструкцията на тази тръба е описана в N0 174180 = PCT/NO 92/00198 - WO 93/12634 на същия заявител. Тази тръба е подвижна в аксиална посока за позициониране на изхода по отношение на плазмената зона 9. Времето за пребиваване на саждените частици в плазмената зона 9 може да бъде определено на базата на скоростта на газовия поток за носещия газ и чрез позицията на тръбата по отношение на плазмената електрична дъга.
Като трета алтернатива, носещият газ, съдържащ въглеродните частици, може да премине през една или повече тръби 7 във и под зоната на електричната дъга 9. Няколко тръби могат да бъдат поставени по дължина на периферията на реакционната камера 8 на различни нива на по-големи разстояния от електродите на плазмената горелка 1 и 2. Времето за пребиваване на саждените частици в плазмената зона 9 може да бъде определено в зависимост от това кои тръби се използват.
Получава се плазма с висока температура от газ, нагрят с електрична дъга, формираща се между електродите. В плазмена зона от този вид се постигат максимално високи температури, от 3000°С до 20000°С и това е в зоната, в която се провежда термичната обработка.
Плазмената горелка е свързана с реакционната камера 8, където термично обработеният материал се охлажда, например чрез подаване на студен плазмен газ/носещ газ, който при това се нагрява и може да бъде рециклиран и да се използва за енергоносител. Допълнително към, или като част от охлаждащия газ, могат да бъдат прибавени специални вещества, за да се създадат различни химични функционални групи на повърхността на въглеродните частици. Такива вещества могат да се подават в областта, където температурата спада до специфично ниво. Такива вещества могат, също, да бъдат добавени в следваща камера.
Останалата част от оборудването е от известен конвенционален тип, който включва охладител, както и отделно устройство, което може да включва циклон или филтър за отделяне на въглерода, конструкцията на такова оборудване е описана в N0 176968 и PCT/NO 93/00057 - WO 93/20153 на същия заявител.
Процесът е много интензивен и без онечиствания. Процесът може да се провежда като непрекъснат или да се извършва периодично. Процесът може да се прилага заедно с друг съществуващ процес, например в пещ, работеща с течно гориво или плазмен процес. Той може, също, да бъде интегриран с плазмен метод за производство на сажди, разработен от същия заявител и описан в N0 175718 - PCT/NO 92/00196 - WO 93/12030. При този метод се разлагат въглеводороди посредством енергия, получена от плазмена горелка и приложена към въглеродна част и водород, които се подават в следващи етапи в реакционна камера с температурни зони за регулиране и контрол на качеството на получените продукти. Съгласно изобретението в реактора могат да бъдат инсталирани една или повече допълнителни плазмени горелки, където към получените сажди може да се приложи методът на термична обработка.
В саждените частици, които имат време на пребиваване в плазмената зона от 0,5 до 0,01 s, за предпочитане, по-малко от 0,1 s и, най-вече по-малко от 0,07 s, се индуцира сумарна енталпия от 1 до 10 kwh/kg, за предпочитане от 2 до 6 kwh/kg. Това осигурява на саждените частици температура не по-висока от температурата на сублимация на въглерода, която е 3700°С.
Индуцираната сумарна енталпия осигурява повишена обща енергия на системата. В общия баланс са включени както нагряването на саждите, плазмения газ и носещия газ, така и загубите на топлина. За да се предотврати изпарението/сублимацията на саждите, температурата на нагряване не трябва да надвишава 3700°С.
Общата енергия, подадена на саждените астици може да бъде изразена с уравнението: Δϋ = ΔΗ - ΔΤ AS, където Δϋ = на свободната енергия на Gibbs и е равна на общата подадена енергия, ΔΗ “ енталпията, равна на топлинната енергия, Т - температурата в К и AS = ентропията.
Енталпийните данни за въглерода показват, че ΔΗ може да бъде около максимума 2 kwh/kg, за да се запази температурата под 3700°С. Причината за подаването на по-голяма енергия е да не се предизвиква изпарение така, че термичната обработка да води до създаване на по-подредена структура, което означава, че ентропията на частиците се намалява. Следователно е възможно ΔΗ от горепоказаното уравнение да бъде да бъде под 2 kwh/kg даже, ако приложената енергия (AG) е поголяма от 2 kwh/kg.
Времето за пребиваване трябва да се разбира като времето за абсорбция на енергия в плазмената зона или в зоната на електрична дъга. Въглеродните частици притежават висока степен на излъчване, е > 0,9, и в продължение на много кратко време, измерено в ms, те достигат температура над 3000°С, което се дължи на топлинното излъчване на електричната дъга и възможно, също така, от електродите. За много кратко време въглеродните частици предават част от абсорбираната енергия на плазмения газ и/или на носещия газ чрез топлинно излъчване и топлопредаване. Плазменият газ и носещият газ имат лошо излъчване, е < 0,1, и оттук, получената температура на саждените частици и на плазмения газ/носещия газ достига нива под 2000°С. Индуцираната енталпия и времето за пребиваване се установяват така, че температурата на въглеродните частици да не е толкова висока, че да сублимират, което означава, че температурата трябва да се поддържа под 3700°С.
На фиг. 2 е показана диаграма на температурата, достигана от въглеродните частици и от плазмения газ/носещия газ в плазме5 ната зона като функция на времето. Плътната линия показва температурата като функция на времето за въглеродните частици, а пунктираната линия показва температурата като функция на времето за плазмения газ/носещия газ при дадена сумарна енталпия 5 kwh/ kg сажди.
На таблица 2 са показани стойностите на La, Lc и d 002 заедно с времето за пребиваване и енталпията за различни видове сажди преди и след термична обработка със споменатите параметри в плазмената зона и при използване на различни видове плазмен газ.
През време на термичната обработка, химичните функционални групи и онечистванията, прикачени или свързани към повърхността на въглеродните частици, могат да бъдат намалени или отстранени. Термичната обработка води до драстично понижаване на повърхностната активност по отношение на химично свързания водород от 2500 ppm до приблизително 100 ppm или по-малко.
За да се образуват специални химични функционални групи върху повърхността на въглеродните частици, към плазмения газ и/ или носещия газ могат да се прибавят специални вещества. Те могат да играят ролята на окислителна среда като въглероден двуокис, въглероден окис, кислород, въздух и вода, или на редуцираща среда като водород, халогени, киселини и т.н.
ТаНцица 2' Структурни гпгйстиа пл ην.ιι. лпрпдглг *‘н чргч nriiTfii'W рязссйпан-' (Λ) (runs - rcnir·· <1r гЬе Ptu! Fiscal, 1904)
Вид Както c получен (A) s Cic.'l термична обработка Plasma gas Време на пребипппанс (зее) Обца енталпия (kWh/ kg С8)
(Λ) 4’ .... ч
4’
Sevacarb MT 3,51 35 16 3,39 75 76 и.
Furnex N-765 3,57 30 18 3,41 71 57 --//--
Statax N-550 3,55 32 17 3,42 77 71 -//-
0,03 4-6
Corax N-220 3,54 30 16 3,40 71 59 -//-
Condutex 975 3,56 39 20 3,41 76 60 -//-
Condutex SC 3,56 33 16 3,45 67 41 -//-
Ensaco 3,55 40 22 3,43 65 48 Ar 0,06 10
Ensaco 3,55 40 22 3,44 66 48 Промиялсн 0,02- 3-5
гая 0,06
Kvcrner LC 3,48 60 40 3,43 89 134 Η. 0,03 8
Kvasrner HC 3,46 52 44 3,41 102 127 --//— 0,03 10
Примерно изпълнение на изобретението
Саждите, термично обработени по метода съгласно настоящото изобретение, могат да бъдат сравнени със саждите, термично обрабо- 5 тени в продължение на няколко часа в индукционна пещ. На таблица 3 са показани стой ностите на La, Lc и d 002 за един тип сажди преди и след термична обработка в индукционна пещ и за същите сажди след термична обработка при плазмения процес съгласно изобретението.
Структурни свойства на сажди, определени чрез рентгеново разсейване (nm)
Таблица 3
I.a Lc <1 002
Необработени сажди 4.0 2-2 0.355
Термично обработени н индукционна пещ л ς Л.341
Термично обрабртлН1’ н плазмена зона Я. 2 р 0 ‘41
Данни за процеса на термична обработка в плазмена зона.
Суровина: Носещ газ:
Плазмен газ:
Налягане в реактора: Индуциранп енталпия: Време на пребиваване:
Промишленият газ се състои от 50 % водород, 1,5 % метан, 48 % въглероден окис и
1,5 % въглероден двуокис.
Температурата, достигната от въглеродните частици в плазмената зона е по-ниска от 3700°С и получената температура за саждите и газовете е приблизително 2000°С.
Плазменият генератор и реакционната камера са, както са описани:
Сажди
Аргон
Промишлен газ in 1rg/h
КшЗ/h
Nm3/h bar
2.9-4.Я kWh/kg
0.09 sec.
На таблица 4 са показани стойностите на La, Lc и d 002 за сажди преди и след термична обработка в плазмената зона съгласно настоящото изобретение, когато се използват два различни плазмени газове.
Структурни свойства на сажди, определени чрез рентгеново разсейване (nm)
Преди термична обработка След термична обработка
Счед термична обработка
Таблица
1а
6. 5
6.5
Lc d 00? Плазмен газ
Λ ο 3 . 51
4.8 3.43 Аргоч
4. Ρ 3.44 Промишлен
гал
Ефектът на термичната обработка се състои в това, че се подобряват свойствата на материалите, в които като добавки се използват сажди. В следващия раздел е направено сравнение между различни продукти, при кои- 40 то се използват сажди, получени чрез термичната обработка съгласно настоящото изобретение.
Сухи батерии:
В конвенционалните сухи батерии са използват ацетиленови сажди или по възможност “специални проводими сажди”. Последните се получават по традиционен “метод в пещ, работеща с течно гориво” чрез известно окисление или етап на термична обработка. 50 - Използването на специални видове сажди води до повишаване на електролитния капаци тет, по-добри разреждащи характеристики, което от своя страна им придава свойства, близки, но не на същото ниво до ацетиленовите сажди.
Чрез термичната обработка в плазмена зона съгласно изобретението на традиционно получени видове сажди, в наноструктурата се получава по-висока степен на подреждане, което води до постигане на стойности, които са равни на или по-високи от тези, измерени за ацетиленови сажди.
Електропроводими сажди:
За специални приложения са разработени различни видове сажди като “проводими”, “суперпроводими” и “свръхпроводими”. Те придават електропроводимост и антистатични свойства на полимерни смеси, даже когато са при6 бавени в малки количества. Тези видове сажди придават оптимална проводимост, когато имат подредена структура, голяма порьозност, малък размер на частиците и химично чиста повърхност. Даже по-висока степен на проводимост на тези видове сажди се достига чрез прилагане на термичната обработка съгласно изобретението.
Традиционно използваните видове сажди, например като добавки в каучука, могат да бъдат усилени по същия начин, до получаване на “проводими сажди”. Термичната обработка в плазмена зона съгласно изобретението изчиства повърхността от окиси и онечиствания и оптимизира вътрешната проводимост на саждените частици чрез постигане на по-висока степен на графитизация.
По метода могат да бъдат обработвани и неграфитизирани въглеродни материали като антрацит, кокс от нефтопродукти и от катран и други. Тези въглеродни материали, например, често се използват като електроди и огнеупорни продукти след графитизиране, което включва термична обработка в пещ за калциниране. Термичната обработка съгласно изобретението предлага възможност за усъвършенстване на традиционния метод за калциниране и води до формиране на средно разстояние между графитните слоеве, d 002, от 0,344 nm до 0,335 nm, както в графита.
При галваничните елементи термичната обработка на електродния материал е подходящ метод. При клетките с фосфорна киселина (PAFC) и твърд полимер (SPFC), с платиновия катализатор се използва графит като анод или катод. В този контекст е важно това, че електродите имат добра електропроводимост. Чрез термичната обработка съгласно изобретението, повишената степен на графитизация, постигната като резултат на подобрения порядък в наноструктурата, води до повишаване на електропроводимостта на материала.
Топлопроводими сажди:
За да се избегне термично превръщане и прегряване, е желателно полимерните смеси да са с добра топлопроводимост, като за целта саждите с добри топлопроводими свойства играят съществена роля. Известно е, че основното свойство на саждите, което допринася за този ефект, е високата степен на подреденост, т.е. графитизацията, като най-добри в. това отношение са ацетиленовите сажди.
Термичната обработка в плазмена зона съгласно изобретението осигурява този ефект за всички известни традиционни видове сажди.

Claims (6)

1. Метод за получаване на усъвършенстван порядък в наноструктурата на въглероден материал, по-специално на сажди, като въглеродният материал постъпва в плазмена зона посредством носещ газ, характеризиращ се с това, че въглеродният материал след това се обработва чрез термична обработка в плазмена зона (9), като във въглеродния материал се индуцира сумарна енталпия от 1 до 10 kwh/kg и времето за пребиваване е в границите от 0,1 s до 0,01 s като съотношението на времето за пребиваване към енталпията в плазмената зона (9) се определя така, че въглеродният материал да се нагрява до температура, която осигурява подобрен порядък в наноструктурата и е до 3700°С, за да се предотврати сублимирането.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че във въглеродния материал се индуцира енталпия от 2 до 6 kWh/kg.
3. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че времето за пребиваване на въглеродния материал в плазмената зона (9) е по-малко от 0,07 s.
4. Метод съгласно претенции 1-3, характеризиращ се с това, че за да се образуват специални химични функционални групи върху повърхността на въглеродния материал, окислителна среда като въглероден двуокис, въглероден окис, вода, въздух или кислород, или редуцираща среда като водород или халогени или киселини се използват, плазмен и носещ газ или се прибавят към плазмения и носещия газ.
5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че времето за пребиваване на въглеродния материал в плазмената зона (9) се регулира чрез контролиране на скоростта на газовия поток за плазмения газ и/или носещия газ или чрез контролиране на скоростта на газовия поток за носещия газ и чрез позициониране на тръбата (6) по отношение на плазмената зона или чрез подбор на тръби (7), които се използват за въвеждане на въглеродния материал и носещия газ.
6. Метод съгласно претенция 1, характе ризиращ се с това, че последващата обработка се провежда във връзка с производствения процес.
BG102232A 1995-07-07 1998-02-04 Термична обработка на въглеродни материали BG63263B1 (bg)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO952725A NO302242B1 (no) 1995-07-07 1995-07-07 Fremgangsmåte for å oppnå en öket ordning av nanostrukturen i et karbonmateriale
PCT/NO1996/000167 WO1997003133A1 (en) 1995-07-07 1996-07-05 Heat treatment of carbon materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG102232A BG102232A (bg) 1999-02-26
BG63263B1 true BG63263B1 (bg) 2001-07-31

Family

ID=19898374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG102232A BG63263B1 (bg) 1995-07-07 1998-02-04 Термична обработка на въглеродни материали

Country Status (27)

Country Link
EP (1) EP0861300B1 (bg)
JP (1) JPH11513051A (bg)
KR (1) KR100404809B1 (bg)
CN (1) CN1082071C (bg)
AT (1) ATE197810T1 (bg)
AU (1) AU691760B2 (bg)
BG (1) BG63263B1 (bg)
BR (1) BR9609596A (bg)
CA (1) CA2226277C (bg)
CZ (1) CZ292640B6 (bg)
DE (1) DE69611100T2 (bg)
DK (1) DK0861300T3 (bg)
EG (1) EG20987A (bg)
ES (1) ES2154410T3 (bg)
GR (1) GR3035491T3 (bg)
HU (1) HU220125B (bg)
MA (1) MA23931A1 (bg)
MX (1) MX211049B (bg)
MY (1) MY120503A (bg)
NO (1) NO302242B1 (bg)
PL (1) PL184547B1 (bg)
PT (1) PT861300E (bg)
RO (1) RO118880B1 (bg)
RU (1) RU2163247C2 (bg)
SA (1) SA96170380B1 (bg)
SK (1) SK282609B6 (bg)
WO (1) WO1997003133A1 (bg)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000268828A (ja) * 1999-03-18 2000-09-29 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池
DK1188801T3 (da) 2000-09-19 2006-04-03 Timcal Sa Anordning og fremgangsmåde til omdannelse af carbonholdigt råstof til carbonholdige materialer med en defineret struktur
SG106651A1 (en) * 2001-11-27 2004-10-29 Univ Nanyang Field emission device and method of fabricating same
CN100436549C (zh) * 2003-08-05 2008-11-26 三菱化学株式会社 炭黑
EP1666543B1 (en) 2003-08-05 2012-01-11 Mitsubishi Chemical Corporation Carbon black
US7413828B2 (en) 2004-03-18 2008-08-19 The Gillette Company Wafer alkaline cell
US7531271B2 (en) 2004-03-18 2009-05-12 The Gillette Company Wafer alkaline cell
US7820329B2 (en) 2004-03-18 2010-10-26 The Procter & Gamble Company Wafer alkaline cell
DE102005019301A1 (de) * 2005-04-26 2006-11-02 Timcal Sa Verfahren zur Weiterverarbeitung des bei der Fulleren- und Kohlenstoff-Nanostrukturen-Herstellung anfallenden Rückstandes
CN101411015A (zh) * 2006-03-29 2009-04-15 株式会社科特拉 燃料电池用导电性碳载体、燃料电池用电极催化剂以及具备该电极催化剂的固体高分子型燃料电池
JP6039687B2 (ja) * 2011-12-22 2016-12-07 キャボット コーポレイションＣａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ カーボンブラックおよび鉛蓄電池のための電極における使用
CN102585565B (zh) * 2012-03-19 2014-03-19 苏州宝化炭黑有限公司 一种色素炭黑制造方法及装置
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
RU2016135213A (ru) 2014-01-31 2018-03-05 Монолит Матириалз, Инк. Конструкция плазменной горелки
US9574086B2 (en) 2014-01-31 2017-02-21 Monolith Materials, Inc. Plasma reactor
CA2975723C (en) 2015-02-03 2023-08-22 Monolith Materials, Inc. Regenerative cooling method and apparatus
CN111601447A (zh) 2015-07-29 2020-08-28 巨石材料公司 Dc等离子体焰炬电力设计方法和设备
CN108352493B (zh) 2015-09-14 2022-03-08 巨石材料公司 由天然气制造炭黑
CN114479178A (zh) 2016-02-01 2022-05-13 卡博特公司 包含炭黑的导热性聚合物组合物
DE112017000597B4 (de) 2016-02-01 2022-09-22 Cabot Corporation Compoundierter Kautschuk mit verbesserter Wärmeübertragung sowie daraus hergestellter Reifen-Heizbalg und Elastomergegenstand
CA3060565C (en) 2016-04-29 2024-03-12 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
MX2018013162A (es) 2016-04-29 2019-07-04 Monolith Mat Inc Adicion de calor secundario para el proceso y aparato de produccion de particulas.
MX2019010619A (es) 2017-03-08 2019-12-19 Monolith Mat Inc Sistemas y metodos para fabricar particulas de carbono con gas de transferencia termica.
EP3612600A4 (en) 2017-04-20 2021-01-27 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
WO2019016322A1 (en) 2017-07-19 2019-01-24 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. THERMALLY CONDUCTIVE POLYMERS COMPRISING CARBON BLACK MATERIAL
WO2019084200A1 (en) 2017-10-24 2019-05-02 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND METHODS
CN112812588A (zh) * 2021-01-22 2021-05-18 丰城黑豹炭黑有限公司 富氢气气体助产的热裂法炭黑生产工艺
KR102620381B1 (ko) * 2021-10-20 2024-01-03 오씨아이 주식회사 고결정성 카본블랙 및 이의 제조방법
KR102634889B1 (ko) * 2023-11-27 2024-02-08 한국화학연구원 혼합 폐플라스틱의 열분해 잔사물로부터 제조된 다공성 탄소 소재

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD292920A5 (de) * 1990-03-22 1991-08-14 Leipzig Chemieanlagen Verfahren zur herstellung eines hochwertigen russes
FR2701267B1 (fr) * 1993-02-05 1995-04-07 Schwob Yvan Procédé pour la fabrication de suies carbonées à microstructures définies.
GB2275017B (en) * 1993-02-10 1997-03-12 Courtaulds Packaging Ltd Coextruded multilayer sheet and tube made therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
PL324395A1 (en) 1998-05-25
MX211049B (es) 2002-10-28
PT861300E (pt) 2001-05-31
WO1997003133A1 (en) 1997-01-30
HU220125B (hu) 2001-11-28
CA2226277A1 (en) 1997-01-30
RU2163247C2 (ru) 2001-02-20
SK2198A3 (en) 1998-09-09
GR3035491T3 (en) 2001-05-31
EP0861300B1 (en) 2000-11-29
BG102232A (bg) 1999-02-26
CZ2998A3 (cs) 1998-06-17
CZ292640B6 (cs) 2003-11-12
MX9800038A (es) 1998-08-30
DE69611100D1 (de) 2001-01-04
DK0861300T3 (da) 2001-03-05
DE69611100T2 (de) 2001-06-13
AU6370596A (en) 1997-02-10
CN1082071C (zh) 2002-04-03
NO302242B1 (no) 1998-02-09
MA23931A1 (fr) 1997-04-01
NO952725L (no) 1997-01-08
SA96170380B1 (ar) 2006-04-25
SK282609B6 (sk) 2002-10-08
KR100404809B1 (ko) 2005-06-16
KR19990028749A (ko) 1999-04-15
ES2154410T3 (es) 2001-04-01
AU691760B2 (en) 1998-05-21
CN1148065A (zh) 1997-04-23
JPH11513051A (ja) 1999-11-09
HUP9802130A1 (hu) 1999-01-28
CA2226277C (en) 2008-03-11
ATE197810T1 (de) 2000-12-15
PL184547B1 (pl) 2002-11-29
EP0861300A1 (en) 1998-09-02
MY120503A (en) 2005-11-30
NO952725D0 (no) 1995-07-07
EG20987A (en) 2000-08-30
RO118880B1 (ro) 2003-12-30
BR9609596A (pt) 2005-05-03
HUP9802130A3 (en) 1999-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG63263B1 (bg) Термична обработка на въглеродни материали
JP2018510231A (ja) カーボンブラック生成システム
JP2711368B2 (ja) 炭化水素の分解方法
US8834827B2 (en) Method and apparatus for the continuous production and functionalization of single-walled carbon nanotubes using a high frequency plasma torch
EP1188801B1 (en) Device and method for converting carbon containing feedstock into carbon containing materials, having a defined structure
US20040253168A1 (en) System and method for hydrocarbon processing
US3404078A (en) Method of generating a plasma arc with a fluidized bed as one electrode
US20050230240A1 (en) Method and apparatus for carbon allotropes synthesis
CN109574002B (zh) 一种提高石墨电极材料性能的方法和设备
JPH10168337A (ja) カーボンブラックの製造方法
JPH10292126A (ja) カーボンブラックの製造方法
Hamblyn et al. Use of radio-frequency plasma in chemical synthesis
US20040124093A1 (en) Continuous production and separation of carbon-based materials
JPS6351467A (ja) 高純度カ−ボンブラツクの製造方法
RU2803529C1 (ru) Способ получения водорода и технического углерода из природного газа
JPH1112486A (ja) カーボンブラックの製造方法
RU2571150C2 (ru) Способ получения углеродных нанотрубок
CN118027711A (en) Device and method for preparing carbon black and hydrogen by thermally cracking hydrocarbon
WO2023235486A1 (en) Recycled feedstocks for carbon and hydrogen production
CA1107078A (en) Thermal reduction process of aluminum
JPH01207419A (ja) 気相成長炭素繊維の製造方法