CN111375372A - 高吸附性碳氢吸附材料及相关制备方法 - Google Patents

高吸附性碳氢吸附材料及相关制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高吸附性碳氢吸附材料，包括单壁纳米碳管和矿物填料，单壁纳米碳管分散呈现三维网状立体结构，矿物填料分散在三维网状立体结构的网孔中并抵靠网孔的内壁，单壁纳米碳管为20重量份～40重量份，矿物填料为50重量份～70重量份。单壁纳米碳管的直径为1.5nm～2nm，单壁纳米碳管的长度为5μm～10μm，1g单壁纳米碳管的个数约为1015个。矿物填料是硅藻土。高吸附性碳氢吸附材料的吸附孔径的范围为2nm～50nm。还提供了相关的制备方法。本发明的高吸附性碳氢吸附材料吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险，其设计巧妙，结构简洁，制备简便，成本低，适于大规模推广应用。

Description

高吸附性碳氢吸附材料及相关制备方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别涉及碳氢吸附材料技术领域，具体是指一种高吸附性碳氢吸附材料及相关制备方法。
背景技术
碳排放一直是汽车行业关注的重要课题之一，国家对汽车碳排放有着明确的标准和时间节点，整车厂非常需要减少碳排放的材料及可行性方案。
国内现阶段碳氢吸附产品大部分为活性炭吸附产品，利用多孔性活性炭颗粒的物理吸附来实现。
活性炭的比表面积越大，吸附能力就越强，主要由大孔、过渡孔和微孔这三种形态来提供吸附效果；活性炭颗粒的大小、细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。活性炭的碳氢吸附量一般在15％重量左右。
碳氢吸附材料在控制汽车废气排放方面的应用：当发动机停止运转后，喷油器位置的油气会泄露到大气中造成污染，在空气滤清器的位置安装碳氢吸附材料，可以不同程度上减少废气排放，甚至可以做到零排放(取决于碳氢吸附材料的种类)。
传统的碳氢吸附材料，会加入纤维等提高吸附性能，这就会导致进气流量的降低，同时纤维经过长时间的循环后，纤维上脱落的细小颗粒会进入发动机系统，严重影响发动机的正常运转。
因此，需要提供一种碳氢吸附材料，其吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种高吸附性碳氢吸附材料，其吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险，适于大规模推广应用。
本发明的另一目的在于提供一种高吸附性碳氢吸附材料，其设计巧妙，结构简洁，制备简便，成本低，适于大规模推广应用。
本发明的另一目的在于提供一种高吸附性碳氢吸附材料的制备方法，采用该方法制备的高吸附性碳氢吸附材料吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险，适于大规模推广应用。
本发明的另一目的在于提供一种高吸附性碳氢吸附材料的制备方法，其设计巧妙，操作简便，成本低，适于大规模推广应用。
为达到以上目的，在本发明的第一方面，提供一种高吸附性碳氢吸附材料，其特点是，包括单壁纳米碳管和矿物填料，所述单壁纳米碳管分散呈三维网状立体结构，所述矿物填料分散在所述三维网状立体结构的网孔中并抵靠所述网孔的内壁，所述单壁纳米碳管为20重量份～40重量份，所述矿物填料为50重量份～70重量份。
较佳地，所述单壁纳米碳管的直径为1.5nm～2nm，所述单壁纳米碳管的长度为5μm～10μm，1g所述单壁纳米碳管的个数为1015个。
较佳地，所述矿物填料是硅藻土。
更佳地，所述硅藻土的粒径为0.5um～50um。
较佳地，所述高吸附性碳氢吸附材料的吸附孔径的范围为2nm～50nm。
在本发明的第二方面，提供一种上述的高吸附性碳氢吸附材料的制备方法，其特点是，包括以下步骤：
(1)酸洗处理所述单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的所述单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；
(2)高功率超生波分散所述单壁纳米碳管，用球磨机将所述矿物填料细化，然后与所述单壁纳米碳管均匀混合；
(3)所述单壁纳米碳管和所述矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除所述溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材。
本发明的有益效果主要在于：
1、本发明的高吸附性碳氢吸附材料包括单壁纳米碳管和矿物填料，单壁纳米碳管分散呈现三维网状立体结构，矿物填料分散在三维网状立体结构的网孔中并抵靠网孔的内壁，单壁纳米碳管为20重量份～40重量份，矿物填料为50重量份～70重量份，从而通过矿物填料的支撑作用和单壁纳米碳管的空间交联网状结构，达到最佳的吸附和释放的平衡，因此，其吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险，适于大规模推广应用。
2、本发明的高吸附性碳氢吸附材料包括单壁纳米碳管和矿物填料，单壁纳米碳管分散呈现三维网状立体结构，矿物填料分散在三维网状立体结构的网孔中并抵靠网孔的内壁，单壁纳米碳管为20重量份～40重量份，矿物填料为50重量份～70重量份，从而通过矿物填料的支撑作用和单壁纳米碳管的空间交联网状结构，达到最佳的吸附和释放的平衡，因此，其设计巧妙，结构简洁，制备简便，成本低，适于大规模推广应用。
3、本发明的高吸附性碳氢吸附材料的制备方法包括以下步骤：(1)酸洗处理单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；(2)高功率超生波分散单壁纳米碳管，用球磨机将矿物填料细化，然后与单壁纳米碳管均匀混合；(3)单壁纳米碳管和矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材，从而通过矿物填料的支撑作用和单壁纳米碳管的空间交联网状结构，达到最佳的吸附和释放的平衡，因此，采用该方法制备的高吸附性碳氢吸附材料吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险，适于大规模推广应用。
4、本发明的高吸附性碳氢吸附材料的制备方法包括以下步骤：(1)酸洗处理单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；(2)高功率超生波分散单壁纳米碳管，用球磨机将矿物填料细化，然后与单壁纳米碳管均匀混合；(3)单壁纳米碳管和矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材，从而通过矿物填料的支撑作用和单壁纳米碳管的空间交联网状结构，达到最佳的吸附和释放的平衡，因此，其设计巧妙，操作简便，成本低，适于大规模推广应用。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明、附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是单壁纳米碳管分散后呈现三维网状立体结构的示意图。
图2是单壁纳米碳管分散后呈现三维网状立体结构的电镜扫描照片(电镜扫描500nm，20万放大倍数)。
图3是本发明的高吸附性碳氢吸附材料的结构示意图。
(符号说明)
1单壁纳米碳管；2矿物填料。
具体实施方式
请参见图1和图2所示，单壁纳米碳管1分散后呈现三维的网状立体结构，具有非常大的比表面积。
本发明人以单壁纳米碳管1为主要吸附材料，通过超声波和物理研磨的处理方式以及复配矿物填料2，制备出高性能的复合吸附材料，既降低了微小颗粒进入发动机的风险，同时满足了国Ⅵ排放标准。
请参见图3所示，本发明的高吸附性碳氢吸附材料包括单壁纳米碳管1和矿物填料2，所述单壁纳米碳管1分散呈三维网状立体结构，所述矿物填料2分散在所述三维网状立体结构的网孔中并抵靠所述网孔的内壁，所述单壁纳米碳管为20重量份～40重量份，所述矿物填料50重量份～70重量份。
所述单壁纳米碳管1的尺寸可以根据需要确定，较佳地，所述单壁纳米碳管1的直径为1.5nm～2nm，所述单壁纳米碳管1的长度为5μm～10μm，1g所述单壁纳米碳管1的个数约为1015个。
所述矿物填料2可以是任何合适的矿物填料，较佳地，所述矿物填料2是硅藻土。
所述硅藻土的粒径可以根据需要确定，更佳地，所述硅藻土的粒径为0.5um～50um。
所述高吸附性碳氢吸附材料的吸附孔径的范围可以根据需要确定，较佳地，所述高吸附性碳氢吸附材料的吸附孔径的范围为2nm～50nm。
上述的高吸附性碳氢吸附材料的制备方法包括以下步骤：
(1)酸洗处理所述单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的所述单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；
(2)高功率超生波分散所述单壁纳米碳管，用球磨机将所述矿物填料细化，然后与所述单壁纳米碳管均匀混合；
(3)所述单壁纳米碳管和所述矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除所述溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材。
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。其中：
单壁纳米碳管(OCSiAl HongKong，TUBALL POWDER 75％)
硅藻土(IMERYS，C263LD)
实施例1
(20％重量单壁纳米碳管+70％重量硅藻土+10％重量PVDF)
(1)酸洗处理所述单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的所述单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；
(2)高功率超生波分散所述单壁纳米碳管，用球磨机将所述矿物填料细化，然后与所述单壁纳米碳管均匀混合；
(3)所述单壁纳米碳管和所述矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除所述溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材。
采用SEM(电镜扫描)测量吸附孔径的分布，结果为2nm～50nm。
实施例2
(30％重量单壁纳米碳管+60％重量硅藻土+10％重量PVDF)
(1)酸洗处理所述单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的所述单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；
(2)高功率超生波分散所述单壁纳米碳管，用球磨机将所述矿物填料细化，然后与所述单壁纳米碳管均匀混合；
(3)所述单壁纳米碳管和所述矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除所述溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材。
采用SEM(电镜扫描)测量吸附孔径的分布，结果为2nm～50nm。
实施例3
(40％重量纳米碳管+50％重量硅藻土+10％重量PVDF)
(1)酸洗处理所述单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的所述单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；
(2)高功率超生波分散所述单壁纳米碳管，用球磨机将所述矿物填料细化，然后与所述单壁纳米碳管均匀混合；
(3)所述单壁纳米碳管和所述矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除所述溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材。
采用SEM(电镜扫描)测量吸附孔径的分布，结果为2nm～50nm。
实施例4
采用ASTM D5228标准，采用丁烷测试实施例1～实施例3制备的高吸附性碳氢吸附材料的吸附效果，结果为
实施例1：丁烷吸附质量比～35％重量；
实施例2：丁烷吸附质量比～140％重量；
实施例3：丁烷吸附质量比～360％重量。
因此，本发明选用矿物填料复配单壁纳米碳管，制备出具有一定强度、无小颗粒脱落的高吸附性复合材料。原有的技术解决方案利用活性炭做吸附材料，在烧结活性炭的选材以及工艺控制上(控制各种微孔的孔径)有很大难度，同时空气流量也难以达到要求。本发明通过矿物填料复配单壁纳米碳管成功地解决了微孔问题，通过矿物填料的支撑作用和单壁纳米碳管的空间交联网状结构，达到最佳的吸附和释放的平衡。并可以将本发明的高吸附性碳氢吸附材料制成片状碳氢吸附材料，采取侧面贴附的结构，即将片状碳氢吸附材料放置在汽车进气系统内壁，既能保证需要的进气流量，又能有效的吸附残留的油气。本发明的高吸附性碳氢吸附材料的碳氢吸附量可以达到380％重量～40％重量的重量吸附比。
综上，本发明的高吸附性碳氢吸附材料吸附性能强，且能够降低微小颗粒进入发动机的风险，其设计巧妙，结构简洁，制备简便，成本低，适于大规模推广应用。
由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (6)

1.一种高吸附性碳氢吸附材料，其特征在于，包括单壁纳米碳管和矿物填料，所述单壁纳米碳管分散呈三维网状立体结构，所述矿物填料分散在所述三维网状立体结构的网孔中并抵靠所述网孔的内壁，所述单壁纳米碳管为20重量份～40重量份，所述矿物填料为50重量份～70重量份。
2.如权利要求1所述的高吸附性碳氢吸附材料，其特征在于，所述单壁纳米碳管的直径为1.5nm～2nm，所述单壁纳米碳管的长度为5μm～10μm，1g所述单壁纳米碳管的个数为1015个。
3.如权利要求1所述的高吸附性碳氢吸附材料，其特征在于，所述矿物填料是硅藻土。
4.如权利要求3所述的高吸附性碳氢吸附材料，其特征在于，所述硅藻土的粒径为0.5um～50um。
5.如权利要求1所述的高吸附性碳氢吸附材料，其特征在于，所述高吸附性碳氢吸附材料的吸附孔径的范围为2nm～50nm。
6.一种如权利要求1～权利要求5中任一项所述的高吸附性碳氢吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)酸洗处理所述单壁纳米碳管去除杂质，再将提纯后的所述单壁纳米碳管与溶剂以机械搅拌的方式进行预混合；
(2)高功率超生波分散所述单壁纳米碳管，用球磨机将所述矿物填料细化，然后与所述单壁纳米碳管均匀混合；
(3)所述单壁纳米碳管和所述矿物填料的混合物，先用压延机出片，然后通过在线高温烘道去除所述溶剂，制备出高吸附性碳氢吸附材料的片材。
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