CN102431995A - 一种基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法，属于煤化工和炭素材料技术领域。将研磨过的精煤族组分，放入炭化炉中；通入氮气，以1-10℃/min升温至400-700℃，恒温0.5-3h；再以0.5-5℃/min升温至900-1200℃，恒温0-3h，自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料；然后将制备得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以0.5-30℃/min升温至2000-3000℃，恒温0-2h，制备得到石墨化泡沫炭。本发明利用精煤族组分易形成均匀多孔状疏松团聚体大颗粒结构的能力，在惰性气氛保护下，经过程序控制升温制得泡沫炭材料，将炭化后的泡沫炭材料进行石墨化处理，得到泡沫炭产品。其方法简单，不需密闭加压设备，节约成本。

Description

一种基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法
技术领域
本发明涉及一种制备泡沫炭的方法，尤其是一种基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法。
背景技术
泡沫炭是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料，其密度小、强度大、耐冲击、耐高温、耐腐蚀、易加工、隔音吸波，在化工、航空航天、电子等诸多技术领域有很大的应用潜力，因此泡沫炭的研究有着非常重要的意义。制造泡沫炭的前驱体材料不同，其制造工艺也不同，制得的泡沫炭的性能变化范围很大。已经报道的可用于制备泡沫炭的原料有煤、沥青、有机聚合物等，其制造工艺往往要求高温高压，或加入发泡剂，或加入模板等人为的造泡制备泡沫炭。目前报道的可以制备出较好性能泡沫炭的原料是中间相沥青，然而由沥青调至中间相沥青对技术和设备的要求很苛刻。基于价廉易得的初始原料，采用简易的工艺路线、制备性能优异且稳定的泡沫炭材料是人们追求的终极目标之一。而发明专利“基于萃取与反萃取的温和化煤族组分分离方法”，专利申请号：200710022120.1，在自然条件下将煤分离成四种族组分，其中的精煤族组分具有分子量中等，含有的芳香结构化合物多为2-4环的芳环结构，灰分很低（强化工艺后可接近无灰），肉眼观察为球状团聚颗粒，疏松，密度很低等重要特征，表明精煤族组分可以通过简单的制备工艺制造出泡沫炭材料。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、成本低、效果好的基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法。
技术方案：本发明的基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法，包括如下步骤：
a、将研磨过的500-100目的精煤族组分，以自然堆放或制作成规则的立体结构方式放入炭化炉中；
b、通入氮气，以1-10℃/min升温至400-700℃，恒温0.5-3h；
c、以0.5-5℃/min升温至900-1200℃，恒温0-3h，自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料；
d、将制备得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以0.5-30℃/min升温至2000-3000℃，恒温0-2h，制备得到石墨化泡沫炭。
所述炭化炉中的压力与当地外界大气压相同；所述通入的氮气为50-400ml/min。
有益效果：由于采用了上述方案，采用精煤族组分作为制备泡沫炭的前躯体材料，利用煤中精煤族组分易形成均匀多孔状疏松团聚体大颗粒结构的特殊性质，在惰性气氛保护下，经过程序控制升温制得泡沫炭材料，将炭化后的泡沫炭材料进行石墨化处理，即得到泡沫炭产品。该制备泡沫炭方法实现了对煤族组分高效合理的利用；用较少的成本即能获得较好的制备泡沫炭的前躯体材料；制备泡沫炭的过程较已有技术更简单，不需密闭加压设备，制备成本低，在本技术领域内具有广泛的实用性。
具体实施方式
实施例1、将研磨过的200目的精煤族组分，以自然堆放或制作成规则的立体结构方式放入炭化炉中，通入100ml/min的氮气，炉中压力与外界环境压力相同，以5℃/min升温至500℃，在此温度处恒温3h，然后以1℃/min升温至1100℃，在此温度处恒温1h，然后自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料。将得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以10℃/min升温至2500℃，在此温度处恒温1.5h，制备得到石墨化泡沫炭。
实施例2、将研磨过的350目的精煤族组分，以自然堆放或制作成规则的立体结构方式放入炭化炉中，通入200ml/min的氮气，炉中压力与外界环境压力相同，以8℃/min升温至600℃，在此温度处恒温1h，然后以3℃/min升温至1000℃，然后自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料。将得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以20℃/min升温至2800℃，在此温度处恒温1h，制备得到石墨化泡沫炭。
实施例3、将研磨过的500目的精煤族组分，以自然堆放或制作成规则的立体结构方式放入炭化炉中，通入400ml/min的氮气，炉中压力与外界环境压力相同，以10℃/min升温至700℃，在此温度处恒温0.5h，然后以0.5℃/min升温至900℃，然后自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料。将得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以30℃/min升温至3000℃，制备得到石墨化泡沫炭。
实施例4、将研磨过的100目的精煤族组分，以自然堆放或制作成规则的立体结构方式放入炭化炉中，通入50ml/min的氮气，炉中压力与外界环境压力相同，以1℃/min升温至400℃，在此温度处恒温2h，然后以5℃/min升温至1200℃，然后自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料。将得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以0.5℃/min升温至2000℃，在此温度处恒温2h，制备得到石墨化泡沫炭。

Claims (3)

1.一种基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将研磨过的500-100目的精煤族组分，以自然堆放或制作成规则的立体结构方式放入炭化炉中；
b、通入氮气，以1-10℃/min升温至400-700℃，恒温0.5-3h；
c、以0.5-5℃/min升温至900-1200℃，恒温0-3h，自然冷却至室温，制备得到泡沫炭材料；
d、将制备得到的泡沫炭材料放入石墨化炉中，以0.5-30℃/min升温至2000-3000℃，恒温0-2h，制备得到石墨化泡沫炭。
2.根据权利要求1所述的基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法，其特征在于：所述炭化炉中的压力与当地外界大气压相同。
3.根据权利要求1所述的基于煤中精煤族组分制备泡沫炭的方法，其特征在于：所述通入的氮气为50-400ml/min。
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