CN107010612B - 一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺 - Google Patents

Abstract

一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺，涉及炭以及炭化物材料应用技术领域。采用活性炭作为微波加热源进行内燃烧使得有机质加热，以沙子封闭进行过滤吸收燃烧初期产生烟雾，并利用初期燃烧产生二氧化碳将空气赶出去，造成厌氧环境从而使得有机质碳化充分。装置由微波炉、沙盘、玻璃罩以及玻璃容器组成，盛放活性炭和有机质的玻璃容器放置于沙盘上，玻璃罩罩在玻璃容器上，玻璃罩的口部被沙盘中的沙子封住。本发明工艺简单，不需要惰性气体环境，整个制备体系容易构建、操作简便、条件易控、成本低廉、适合于大规模工业生产。采用活性炭为微波吸收加热源，在制备过程中产生的副产物少，减少后期炭材料中杂质。

Description

一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺

技术领域

本发明涉及炭以及炭化物材料应用技术领域，具体是涉及一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺。

背景技术

炭以及炭复合材料，被广泛用于医药、生物工程、催化剂等领域。工业生产的工艺主要：1，不同类型的富碳(椰子壳、沥青、煤、聚合物等)有机前驱体，原料经调制后在需在惰性气氛下，在500℃的条件下热分解和固化，制成适合于下一步活化用的炭化物。2把一些化学药品，如氯化锌、氢氧化钾、硫化钾等加入原料中或浸渍进原材料或炭化料中，然后在惰性气体中加热，高温1500～2000℃制得炭或炭衍生物。3，利用碳热氢还原法制备炭以及炭复合材料。

发明内容

针对目前存在的上述技术问题，本发明提供了一种工艺简单、成本低的利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺，采用活性炭作为微波加热源进行内燃烧使得有机质加热，以沙子封闭进行过滤吸收燃烧初期产生烟雾，并利用初期燃烧产生二氧化碳将空气赶出去，造成厌氧环境从而使得有机质碳化充分。

作为本发明的优选技术方案，制备方法步骤如下：

1)、将有机质和活性炭混合置于玻璃容器中，将玻璃容器置于沙盘上；

2)、用玻璃罩将玻璃容器罩住，再用沙盘中的沙子将玻璃罩口封住；

3)、将沙盘放入微波炉中，开启微波炉加热碳化，以制备炭以及炭复合材料。

作为本发明的进一步优选技术方案，微波碳化工艺中，沙盘中沙子的透气系数为10^-4～10^-5cm/S^-1。沙盘中沙子的粒径大小为5～140目。

一种利用有机质并采用微波碳化工艺制备炭以及炭复合材料的装置，由微波炉、沙盘、玻璃罩以及玻璃容器组成，盛放活性炭和有机质的玻璃容器放置于沙盘上，玻璃罩罩在玻璃容器上，玻璃罩的口部被沙盘中的沙子封住，承载沙子、玻璃罩以及玻璃容器的沙盘放置在微波炉中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1).本发明工艺简单，不需要惰性气体环境，整个制备体系容易构建、操作简便、条件易控、成本低廉、适合于大规模工业生产。

2).本发明是采用活性炭为微波吸收加热源，在制备过程中产生的副产物少，减少后期炭材料中杂质。

3).本发明是采用沙子作为封闭，在制备过程中产生的废气少，对环境污染较小，是一种环保型合成工艺。

附图说明

图1是微波碳化工艺装置图(未示出微波炉)。

图2是未采用、采用玻璃罩盖合玻璃容器对碳化结果影响的过程照片(A1、A2、A3未采用玻璃罩，B1、B2、B3采用了玻璃罩)。

图3是是否添加活性炭对碳化结果影响的照片。

图4是添加活性炭后淀粉碳化结果的FE-SEM照片。

图5是添加活性炭后淀粉-硝酸铋碳化结果的FE-SEM照片。

图6是沙子粒径分布柱状图。

图7是大粒径沙子(A)、小粒径沙子(B)对最终碳化结果影响的照片。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明的利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺作出进一步的详述。

本发明方法使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、紫外可见光谱测试仪(UV-vis)等设备对所得产物的结构、形态等进行表征。

实施例1

请参阅图1所示，一种利用有机质并采用微波碳化工艺制备炭以及炭复合材料的装置，由微波炉、沙盘、玻璃罩以及玻璃容器组成，盛放活性炭和有机质的玻璃容器放置于沙盘上，玻璃罩罩在玻璃容器上，玻璃罩的口部被沙盘中的沙子封住，承载沙子、玻璃罩以及玻璃容器的沙盘放置在微波炉中。

一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺，步骤如下：

1)、将有机质和活性炭混合置于玻璃容器中，将玻璃容器置于沙盘上；

2)、用玻璃罩将玻璃容器罩住，再用沙盘中的沙子(透气系数为10^-4～10^-5cm/S^-1)将玻璃罩口封住；

3)、将沙盘放入微波炉中，开启微波炉加热碳化，以制备炭以及炭复合材料。

实施例2

为了考察是否采用玻璃罩盖合玻璃容器对碳化结果的影响，特设计两组对比试验，来观察碳化结果。

图2是未采用、采用玻璃罩盖合玻璃容器对碳化结果影响的过程照片。图2中，A1为未采用玻璃罩的碳化装置在碳化时的照片，A2为碳化完成后打开微波炉时的照片，A3为碳化完成后玻璃容器的照片。从A1、A2、A3可以看出，不加玻璃罩碳化时迅速燃烧，并产生大量烟雾(A1)，最后产物会烧尽(A2、A3)。B1为采用了玻璃罩的碳化装置在碳化时的照片，B2为碳化完成后沙盘的照片，B3为碳化完成后玻璃容器的照片。从B1、B2、B3可以看出，加玻璃罩碳化时不燃烧(B1)，产生大量烟雾会被沙子吸收(B2)，碳化充分产物充足(B3)。

实施例3

装置及工艺同实施例1，采用淀粉作为有机质，将淀粉和活性炭混合后放入玻璃容器中进行碳化试验。

图3是是否添加活性炭对碳化结果影响的照片，A是微波碳化前淀粉的照片，B是不加活性炭淀粉碳化后的照片，C加入活性炭淀粉碳化后的照片。结合图3可以看出不加活性炭时，淀粉经过微波处理轻微变色，几乎不发生碳化反应(B)，加活性炭开启微波淀粉迅速变黑色(C)，碳化充分。图4是添加活性炭后淀粉碳化结果的FE-SEM照片，结合图4可以看出碳化产物单一。

实施例4

装置及工艺同实施例1，将淀粉、硝酸铋和活性炭混合后放入玻璃容器中进行碳化试验。图5是添加活性炭后淀粉-硝酸铋碳化结果的FE-SEM照片，结合图5可以看出碳化后可形成炭和铋复合材料。

实施例5

测量沙子粒径对微波碳化影响，具体包括如下步骤：

1)测量沙子粒径分布；

2)选取最大粒径沙子和最小粒径沙子测其对碳化影响。

图6是沙子粒径分布柱状图，图7是大粒径沙子(A)、小粒径沙子(B)对最终碳化结果影响的照片。结合图6、7可以看出沙子粒径分布在5-140目很好满足要求，沙子粒径太大(超过5目)因其透气性很好，而起不到隔氧保护作用，碳化产物燃烧严重(A)。粒径太小(小于140目)，透气性太小会发生严重喷沙现象(B)。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用有机质制备炭以及炭复合材料的微波碳化工艺，其特征在于，采用活性炭作为微波加热源进行内燃烧使得有机质加热，以沙子封闭进行过滤吸收燃烧初期产生烟雾，并利用初期燃烧产生二氧化碳将空气赶出去，造成厌氧环境从而使得有机质碳化充分；

具体步骤如下：

1)、将有机质和活性炭混合置于玻璃容器中，将玻璃容器置于沙盘上；

2)、用玻璃罩将玻璃容器罩住，再用沙盘中的沙子将玻璃罩口封住，沙盘中沙子的透气系数为10^-4～10^-5cm/S^-1，沙子的粒径大小为5～140目；

3)、将沙盘放入微波炉中，开启微波炉加热碳化，以制备炭以及炭复合材料。