CN114988402A - 多孔透气石墨及其制备方法和应用 - Google Patents
多孔透气石墨及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114988402A CN114988402A CN202210702344.1A CN202210702344A CN114988402A CN 114988402 A CN114988402 A CN 114988402A CN 202210702344 A CN202210702344 A CN 202210702344A CN 114988402 A CN114988402 A CN 114988402A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous
- graphite
- gas
- kneading
- pore
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 108
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 100
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004898 kneading Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 25
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 25
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 21
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 16
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 16
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 15
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 10
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 9
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000006253 pitch coke Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 62
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 30
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 14
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 13
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 13
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 8
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 7
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 6
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021469 graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/205—Preparation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/21—After-treatment
- C01B32/215—Purification; Recovery or purification of graphite formed in iron making, e.g. kish graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/102—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
- B01D2253/302—Dimensions
- B01D2253/308—Pore size
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及多孔材料技术领域，具体而言，涉及一种多孔透气石墨及其制备方法和应用。多孔透气石墨的制备方法包括以下步骤：将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，软炭材料、造孔剂和粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)；以及将混合物料压制成预设形状，并依次进行炭化和石墨化处理。上述多孔透气石墨的制备方法制得了具有高机械强度，且形状可控的多孔透气石墨块材。
Description
技术领域
本发明涉及多孔材料技术领域，具体而言，涉及一种多孔透气石墨及其制备方法和应用。
背景技术
随着科技的不断发展，炭素行业也在不断进步，同时对特种炭材料的需求也越来越高。多孔炭材料具有丰富的孔结构等特性而广泛适用于空气净化、水处理及物质提纯等领域。然而，目前的多孔炭材料(比如活性炭等)多为粉末状，适于在液相中分散开后充分发挥其吸附特性。而在其他行业，比如半导体芯片制造领域，在单晶材料的生长过程中所使用的高温炉内需要可以调控温度场、调节气流的多孔透气板材，不仅需要有一定的高温强度，更需要有合适的孔分布和透气性。粉末状的多孔材料一方面不具有自支撑性，堆积态无法使用，另一方面堆积态粉末的透气性差，且可能会带来粉尘污染，无法在这些领域应用。
发明内容
基于此，本发明提供了一种能够形成三维结构、形状可控，且具有可控孔结构及良好透气性的多孔透气石墨及其制备方法和应用。
本发明一方面，提供一种多孔透气石墨的制备方法，其包括以下步骤：
将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)；以及
将所述混合物料压制成型，并依次进行炭化和石墨化处理。
在其中一个实施例中，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(65～70)：(1～30)：(30～35)。
在其中一个实施例中，所述软炭材料包括石油焦、沥青焦、炭纤维及炭微球中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述造孔剂包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛酯、碳酸铵、碳酸氢铵及氯化铵中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述粘结剂包括沥青和/或有机树脂。
在其中一个实施例中，所述一次混捏和所述二次混捏的温度分别独立地为150℃～350℃；可选地，所述一次混捏的时间为0.5h～2h，所述二次混捏的时间为3h～5h。
在其中一个实施例中，所述压制的温度为60℃～350℃，压力为5MPa～16MPa。
在其中一个实施例中，所述炭化的温度为600℃～1200℃，时间为1h～4h。
在其中一个实施例中，所述石墨化的温度为1600℃～3000℃，时间为1h～4h。
在其中一个实施例中，在所述石墨化之后，还包括纯化的步骤；优选地，所述纯化的条件如下：在气体氛围下，于2300℃～3000℃下焙烧2h～6h，所述气体氛围包括惰性气体氛围和/或含氟气体氛围。
本发明一方面，还提供一种如上述所述的多孔透气石墨的制备方法制得的多孔透气石墨。
在其中一个实施例中，所述多孔透气石墨的孔径为50μm～500μm，抗压强度为30MPa～50MPa，透气性为160Pa～200Pa。
本发明另一方面，进一步提供一种净化装置，所述净化装置的填料包括上述所述的多孔透气石墨。
本发明再一方面，还提供一种上述所述的多孔透气石墨在制备单晶材料中的应用。
上述提供的多孔透气石墨的制备方法原料易得、成本低，且通过一次混捏和二次混捏及造孔剂的选择、含量及分布的控制可以确保后续形成的孔结构分布均匀。而且制得的多孔透气石墨能够形成双连通结构，即多孔透气石墨中炭骨架之间是连续的、孔结构之间是连通的，从而既保证了多孔透气石墨的机械强度，又保证了其优异的透气性。此外，通过调控软炭材料、造孔剂和粘结剂之间的质量比及造孔剂的大小可以调控多孔透气石墨的孔径分布，通过压制成型可以形成所需形状的多孔透气石墨块材，从而可以使多孔透气石墨满足实际应用中对孔径分布和外观形状尺寸的不同需求。而且上述制备方法操作简单，适于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中制得的多孔透气石墨的外观图；
图2为本发明一个实施例中制得的多孔透气石墨的金相图；
图3为本发明一个实施例中制得的多孔透气石墨的扫描电镜图。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
“软炭材料”是指易石墨化的炭，通常为在2000℃以上能够石墨化的无定形碳。
为了解决目前多孔炭材料主要为粉末态、不能形成自支撑结构，没有整体机械性能，堆积态粉末的透气性差或虽具有多孔性，但透气性差、力学性差及成形困难等问题，本发明提供了一种多孔透气石墨的制备方法，此方法原料易得、成本低，且通过一次混捏、二次混捏和合适造孔剂的选择可以确保后续形成的孔结构分布均匀。而且制得的多孔透气石墨能够形成双连通结构，即多孔透气石墨中碳骨架之间以及孔结构之间均是各自连续或连通的，从而既保证了多孔透气石墨的机械强度，又保证了其优异的透气性。此外，通过调控软炭材料、造孔剂和粘结剂之间的质量比以及造孔剂的大小可以调控多孔透气石墨的孔径分布，通过压制成型可以形成所需形状的多孔透气石墨块材，从而可以使多孔透气石墨满足实际应用中对孔径分布和形状的不同需求。
本发明第一目的，提供一种多孔透气石墨的制备方法，其包括步骤S100～步骤S500：
步骤S100：将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料；其中，软炭材料、造孔剂和粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)。
在一些实施方式中，软炭材料、造孔剂和粘结剂的质量比可以为(60～90)：(1～50)：(10～40)之间的任意值，优选为(65～70)：(1～30)：(30～35)之间的任意值，例如，还可以为70:4:26、70:10:30、66:24:35。
在一些实施方式中，软炭材料可以为本领域公知的任意软炭材料，以能够被石墨化为基准，包括，但不限于石油焦、沥青焦、炭纤维及炭微球中的一种或多种。
在一些实施方式中，造孔剂可以为有机类造孔剂也可以为无机类造孔剂，其中，有机类造孔剂包括，但不限于聚乙烯醇(PVA)和/或聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)；无机类造孔剂可以为高温可分解的盐类，例如，碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等。
在一些实施方式中，粘结剂可以为本领域常用的粘结剂，例如，沥青和/或有机树脂，其中沥青优选为高温沥青，即软化点在95℃～120℃的沥青；有机树脂可以为酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂等。优选地，粘结剂的加入方式以流动状态加入，即在加入粘结剂前可以熔融所述粘结剂。
在一些实施方式中，一次混捏和二次混捏的温度可以分别独立地为150℃～350℃；其中，一次混捏的时间可以为0.5h～2h，二次混捏的时间可以为3h～5h。
步骤S200：将混合物料压制成型。
在一些实施方式中，压制的方式不做限制，例如，可以为加热压制或挤压成型。优选地，压制的温度可以为60℃～350℃，压力可以为5MPa～16MPa。
在一些实施方式中，压制成型的形状也不做限制，可以根据实际需求进行选择，比如可以为球形、规则多面体或不规则多面体等。
步骤S300：将具有预设形状的物料进行炭化。通过炭化可以成孔，从而可以形成多孔透气石墨中的孔结构。
在一些实施方式中，炭化的温度可以为600℃～1200℃，时间可以为1h～4h。优选地，炭化的温度采用分段升温的方式升至600℃～1200℃，分段升温参数具体可以如下：以1℃/min～10℃/min的升温速度升至200℃～350℃；再以1℃/min～10℃/min的升温速度升至400℃～500℃；再1℃/min～10℃/min的升温速度升至600℃～1200℃。
在一些实施方式中，炭化的气氛可以为氩气或氮气气氛。
步骤S400：将步骤S300中制得的材料进行石墨化处理。
在一些实施方式中，石墨化的温度可以为1600℃～3000℃，时间可以为1h～4h。优选地，石墨化的升温速率可以为1℃/min～10℃/min。
步骤S500：将步骤S400中制得的材料进行纯化。可理解的，在一些实施方式中，步骤S400可以省略。优选地，纯化的条件具体可以如下：在气体氛围下，于2300℃～3000℃下焙烧2h～6h，所述气体氛围包括惰性气体氛围和/或含氟气体氛围，其中惰性气体氛围可以为氩气，含氟气体氛围可以为氟利昂。
本发明第二目的，还提供一种如上述所述的多孔透气石墨的制备方法制得的多孔透气石墨。
在一些实施方式中，多孔透气石墨的孔径可以为50μm～500μm，抗压强度可以为30MPa～50MPa，透气性可以为160Pa～200Pa。
本发明第三目的，进一步提供一种净化装置，所述净化装置的填料包括上述所述的多孔透气石墨。其中，净化装置可以为空气净化器或水净化器。
本发明第四目的，还提供一种上述所述的多孔透气石墨在制备单晶材料中的应用。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1多孔透气石墨的制备
1)制备多孔透气石墨的配方：
质量比为70:26:4的石油焦(软炭材料)、酚醛树脂(粘结剂)和聚乙烯醇(造孔剂)。
2)制备多孔透气石墨的工艺：
步骤S100：混捏：将石油焦和聚乙烯醇放入混捏机中，在200℃下干混1h。然后将熔融的酚醛树脂加入混捏机中，继续在200℃下混捏2h，制备混合料；
步骤S200：成型：待步骤S100中的混合料冷却后，将其放入热压模具中，在80℃压制成预设形状并保压30min，自然冷却制得具有特定形状的材料；
步骤S300：炭化致孔：将步骤S200中制得的具有特定形状的材料放入炭化炉中，在氩气氛围下以5℃/min的升温速度升温至300℃，再以1℃/min的升温速度升到450℃，再以5℃/min的升温速度升温至800℃并保温2h，自然冷却降温，制得多孔材料；
步骤S400：石墨化处理：将步骤S300中制得的多孔材料放入石墨化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温2h，自然冷却降温，制得多孔透气石墨；
步骤S500：纯化处理：将步骤S300中制得的多孔透气石墨放入纯化炉中，在氩气和氟利昂氛围下以10℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温3h，自然冷却降温，得到纯化后的多孔透气石墨。多孔透气石墨的外观图如图1所示，金相图如图2所示，扫描电镜图如图3所示。对制得的多孔透气石墨进行相关性能测试，测试结果如表2所示。
实施例2多孔透气石墨的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：石油焦、酚醛树脂和聚乙烯醇的质量比为64:26:10。具体步骤如下：
1)制备多孔透气石墨的配方：
质量比为64:26:10的石油焦、酚醛树脂和聚乙烯醇。
2)制备多孔透气石墨的工艺：
步骤S100：混捏：将石油焦和聚乙烯醇放入混捏机中，在200℃下干混1h。然后将熔融的酚醛树脂加入混捏机中，继续在200℃下混捏2h，制备混合料；
步骤S200：成型：待步骤S100中的混合料冷却后，将其放入热压模具中，在80℃压制成预设形状并保压30min，自然冷却制得具有特定形状的材料；
步骤S300：炭化致孔：将步骤S200中制得的具有特定形状的材料放入炭化炉中，在氩气氛围下以5℃/min的升温速度升温至300℃，再以1℃/min的升温速度升到450℃，再以5℃/min的升温速度升温至800℃并保温2h，自然冷却降温，制得多孔材料；
步骤S400：石墨化处理：将步骤S300中制得的多孔材料放入石墨化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升温至2800℃，并保温2h，自然冷却降温，制得多孔透气石墨；
步骤S500：纯化处理：将步骤S300中制得的多孔透气石墨放入纯化炉中，在氩气和氟利昂氛围下以10℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温3h，自然冷却降温，得到纯化后的多孔透气石墨。对制得的多孔透气石墨进行相关性能测试，测试结果如表2所示。
实施例3多孔透气石墨的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：软炭材料为天然石墨、粘结剂为高温沥青(软化点在95℃～120℃的沥青)。具体步骤如下：
1)制备多孔透气石墨的配方：
质量比为70:26:4的天然石墨、高温沥青和聚乙烯醇。
2)制备多孔透气石墨的工艺：
步骤S100：混捏：将天然石墨和聚乙烯醇放入混捏机中，在200℃下干混1h。然后将高温沥青在200℃下熔融，并将熔融后的高温沥青加入混捏机中，继续在200℃下混捏2h，制备混合料；
步骤S200：成型：待步骤S100中的混合料冷却后，将其放入热压模具中，在80℃压制成预设形状并保压30min，自然冷却制得具有特定形状的材料；
步骤S300：炭化致孔：将步骤S200中制得的具有特定形状的材料放入炭化炉中，在氩气氛围下以5℃/min的升温速度升温至300℃，再以1℃/min的升温速度升到450℃，再以5℃/min的升温速度升温至800℃并保温2h，自然冷却降温，制得多孔材料；
步骤S400：石墨化处理：将步骤S300中制得的多孔材料放入石墨化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升温至2600℃，并保温2h，自然冷却降温，制得多孔透气石墨；
步骤S500：纯化处理：将步骤S300中制得的多孔透气石墨放入纯化炉中，在氩气和氟利昂氛围下以10℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温3h，自然冷却降温，得到纯化后的多孔透气石墨。对制得的多孔透气石墨进行相关性能测试，测试结果如表2所示。
实施例4多孔透气石墨的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：造孔剂为碳酸铵。具体步骤如下：
1)制备多孔透气石墨的配方：
质量比为70:26:4的石油焦、酚醛树脂和碳酸铵。
2)制备多孔透气石墨的工艺：
步骤S100：混捏：将石油焦和碳酸铵放入混捏机中，在200℃下干混1h。然后将熔融的酚醛树脂加入混捏机中，继续在200℃下混捏2h，制备混合料；
步骤S200：成型：待步骤S100中的混合料冷却后，将其放入热压模具中，在80℃压制成预设形状并保压30min，自然冷却制得具有特定形状的材料；
步骤S300：炭化致孔：将步骤S200中制得的具有特定形状的材料放入炭化炉中，在氩气氛围下以5℃/min的升温速度升温至300℃，再以1℃/min的升温速度升到450℃，再以5℃/min的升温速度升温至800℃并保温2h，自然冷却降温，制得多孔材料；
步骤S400：石墨化处理：将步骤S300中制得的多孔材料放入石墨化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温2h，自然冷却降温，制得多孔透气石墨；
步骤S500：纯化处理：将步骤S300中制得的多孔透气石墨放入纯化炉中，在氩气和氟利昂氛围下以10℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温3h，自然冷却降温，得到纯化后的多孔透气石墨。
对比例1多孔透气石墨的制备
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：石油焦、酚醛树脂和聚乙烯醇质量比为36:52:12。具体步骤如下：
1)制备多孔透气石墨的配方：
质量比为36:52:12的石油焦、酚醛树脂和聚乙烯醇。
2)制备多孔透气石墨的工艺：
步骤S100：混捏：将石油焦和聚乙烯醇放入混捏机中，在200℃下干混1h。然后将熔融的酚醛树脂加入混捏机中，继续在200℃下混捏2h，制备混合料；
步骤S200：成型：待步骤S100中的混合料冷却后，将其放入热压模具中，在80℃压制成预设形状并保压30min，自然冷却制得具有特定形状的材料；
步骤S300：炭化致孔：将步骤S200中制得的具有特定形状的材料放入炭化炉中，在氩气氛围下以5℃/min的升温速度升温至300℃，再以1℃/min的升温速度升到450℃，再以5℃/min的升温速度升温至800℃并保温2h，自然冷却降温，制得多孔材料；
步骤S400：石墨化处理：将步骤S300中制得的多孔材料放入石墨化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温2h，自然冷却降温，制得多孔透气石墨；
步骤S500：纯化处理：将步骤S300中制得的多孔透气石墨放入纯化炉中，在氩气和氟利昂氛围下以10℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温3h，自然冷却降温，得到纯化后的多孔透气石墨。对制得的多孔透气石墨进行相关性能测试，测试结果如表2所示。
对比例2多孔透气石墨的制备
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤S100混捏为一次直接混捏。具体步骤如下：
1)制备多孔透气石墨的配方：
质量比为70:26:4的石油焦、酚醛树脂和聚乙烯醇。
2)制备多孔透气石墨的工艺：
步骤S100：混捏：将石油焦、熔融的酚醛树脂和聚乙烯醇放入混捏机中，在200℃下混捏3h，制备混合料；
步骤S200：成型：待步骤S100中的混合料冷却后，将其放入热压模具中，在80℃压制成预设形状并保压30min，自然冷却制得具有特定形状的材料；
步骤S300：炭化致孔：将步骤S200中制得的具有特定形状的材料放入炭化炉中，在氩气氛围下以5℃/min的升温速度升温至300℃，再以1℃/min的升温速度升到450℃，再以5℃/min的升温速度升温至800℃并保温2h，自然冷却降温，制得多孔材料；
步骤S400：石墨化处理：将步骤S300中制得的多孔材料放入石墨化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温2h，自然冷却降温，制得多孔透气石墨；
步骤S500：纯化处理：将步骤S300中制得的多孔透气石墨放入纯化炉中，在氩气和氟利昂氛围下以10℃/min的升温速度升温至2500℃，并保温3h，自然冷却降温，得到纯化后的多孔透气石墨。对制得的多孔透气石墨进行相关性能测试，测试结果如表2所示。
上述实施例1～3和对比例的原料及配比如表1所示：
表1
对实施例1～3及对比例1和2制得的多孔透气石墨进行如下性能测试，测试结果如表2所示：
1)抗压性能测试：按照GB/T 1431-2019进行测试；
2)三点弯曲性能测试：按照ASTM D7972-2014进行测试；
3)透气性能测试：将各实施例和对比例制得的多孔透气石墨放置在透气量测试仪中，以氩气作为流通气体，固定气体流量为20mL/min，记录透气性测试装置中差压表的示数，示数越大表示透气性能越差，示数越小表示透气性能越好。
表2
| 测试项目 | 抗压性能(MPa) | 三点弯性能(MPa) | 透气性能(Pa) |
| 实施例1 | 36.3 | 41.5 | 176 |
| 实施例2 | 30.0 | 40.1 | 165 |
| 实施例3 | 39.4 | 43.0 | 171 |
| 对比例1 | 6.4 | 11.7 | 25 |
| 对比例2 | 50.5 | 70.1 | 893 |
由上述测试结果可知，本发明提供的多孔透气石墨的机械强度和透气性均较为良好。而且通过调控炭材料、粘结剂和造孔剂的含量以及混捏方式可以进一步调控多孔透气石墨的机械强度和透气性。此外，多孔透气石墨的制备工艺简便、成本低、用工量少，适合工业化推广。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)；以及
将所述混合物料压制成型，并依次进行炭化和石墨化处理。
2.根据权利要求1所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(65～70)：(1～30)：(30～35)。
3.根据权利要求2所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述软炭材料包括石油焦、沥青焦、炭纤维及炭微球中的一种或多种；和/或
所述造孔剂包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛酯、碳酸铵、碳酸氢铵及氯化铵的一种或多种；和/或
所述粘结剂包括沥青和/或有机树脂。
4.根据权利要求1所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述一次混捏和所述二次混捏的温度分别独立地为150℃～350℃；可选地，所述一次混捏的时间为0.5h～2h，所述二次混捏的时间为3h～5h。
5.根据权利要求1所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述压制的温度为60℃～350℃，压力为5MPa～16MPa。
6.根据权利要求1～5任一项所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为600℃～1200℃，时间为1h～4h。
7.根据权利要求1～5任一项所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述石墨化的温度为1600℃～3000℃，时间为1h～4h。
8.根据权利要求1～5任一项所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，在所述石墨化之后，还包括纯化的步骤；优选地，所述纯化的条件如下：在气体氛围下，于2300℃～3000℃下焙烧2h～6h，所述气体氛围包括惰性气体氛围和/或含氟气体氛围。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的多孔透气石墨的制备方法制得的多孔透气石墨。
10.根据权利要求9所述的多孔透气石墨，其特征在于，所述多孔透气石墨的孔径为50μm～500μm，抗压强度为30MPa～50MPa，透气性为160Pa～200Pa。
11.一种净化装置，其特征在于，所述净化装置的填料包括权利要求10或11所述的多孔透气石墨。
12.如权利要求9或10所述的多孔透气石墨在制备单晶材料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210702344.1A CN114988402B (zh) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 多孔透气石墨及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210702344.1A CN114988402B (zh) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 多孔透气石墨及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114988402A true CN114988402A (zh) | 2022-09-02 |
| CN114988402B CN114988402B (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=83037869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210702344.1A Active CN114988402B (zh) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 多孔透气石墨及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114988402B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116120079A (zh) * | 2023-01-12 | 2023-05-16 | 四川宇星碳素有限公司 | 物理气相传输法生长碳化硅晶体用多孔石墨隔板制造方法 |
| CN116354741A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-06-30 | 中国人民解放军96901部队23分队 | 一种模板法制备低密度多级孔等静压石墨材料的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050079100A (ko) * | 2004-02-04 | 2005-08-09 | 크린에어테크놀로지 주식회사 | 활성탄소섬유를 포함하는 세라믹 필터 및 그의 제조방법 |
| CN101837974A (zh) * | 2009-03-18 | 2010-09-22 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种石油产品精制用活性炭的制备方法 |
| WO2017219943A1 (zh) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种复合型石油焦基活性炭及其制备方法、超级电容器 |
| CN110422842A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-08 | 唐山金湾特碳石墨有限公司 | 一种摩擦材料用石墨及制备方法 |
| CN112028659A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-04 | 湖南大学 | 一种碳石墨材料及其制备方法 |
| EP3789367A1 (en) * | 2019-08-27 | 2021-03-10 | Southwest Jiaotong University | Method of preparing high-conductivity pantograph carbon contact strip |
-
2022
- 2022-06-21 CN CN202210702344.1A patent/CN114988402B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050079100A (ko) * | 2004-02-04 | 2005-08-09 | 크린에어테크놀로지 주식회사 | 활성탄소섬유를 포함하는 세라믹 필터 및 그의 제조방법 |
| CN101837974A (zh) * | 2009-03-18 | 2010-09-22 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种石油产品精制用活性炭的制备方法 |
| WO2017219943A1 (zh) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种复合型石油焦基活性炭及其制备方法、超级电容器 |
| EP3789367A1 (en) * | 2019-08-27 | 2021-03-10 | Southwest Jiaotong University | Method of preparing high-conductivity pantograph carbon contact strip |
| CN110422842A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-08 | 唐山金湾特碳石墨有限公司 | 一种摩擦材料用石墨及制备方法 |
| CN112028659A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-04 | 湖南大学 | 一种碳石墨材料及其制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116354741A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-06-30 | 中国人民解放军96901部队23分队 | 一种模板法制备低密度多级孔等静压石墨材料的方法 |
| CN116120079A (zh) * | 2023-01-12 | 2023-05-16 | 四川宇星碳素有限公司 | 物理气相传输法生长碳化硅晶体用多孔石墨隔板制造方法 |
| CN116120079B (zh) * | 2023-01-12 | 2023-11-10 | 四川宇星碳素有限公司 | 物理气相传输法生长碳化硅晶体用多孔石墨隔板制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114988402B (zh) | 2024-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114988402B (zh) | 多孔透气石墨及其制备方法和应用 | |
| CN100395211C (zh) | 一种制备高孔隙率多孔碳化硅陶瓷的方法 | |
| Kim et al. | Processing of microcellular preceramics using carbon dioxide | |
| CN110066175B (zh) | 超轻碳化物陶瓷泡沫的制备方法 | |
| CN104671826A (zh) | 一种多孔氧化铝陶瓷、制备方法及其应用 | |
| Ding et al. | Preparation and characterisation of porous biomorphic SiC/C ceramic from molten salt | |
| CN105541365B (zh) | 一种高温炉用硬化保温材料的制备方法 | |
| CN112521178A (zh) | 一种氧化铝泡沫陶瓷的制备方法 | |
| CN107868998A (zh) | 一种氮化硅纤维及其制备方法 | |
| CN108727059A (zh) | 一种以可热固化聚碳硅烷制备碳化硅泡沫陶瓷的制备方法 | |
| CN108752038A (zh) | 一种以可热固化聚碳硅烷制备的碳化硅泡沫陶瓷 | |
| CN108996486B (zh) | 一种分级多孔炭及其制备方法和应用 | |
| Kalemtas et al. | Starch consolidation of SiC ceramics: processing and low-temperature sintering in an air atmosphere | |
| CN108328586A (zh) | 一种可压缩回复的氮化硅气凝胶及其制备方法 | |
| CN109574014B (zh) | 一种b4c纤维毡及其制备方法 | |
| CN111548183B (zh) | 通过凝胶注模和碳热还原制备分级多孔碳化硅陶瓷的方法 | |
| CN114082409A (zh) | 一种用于空分富氧的疏水lsx型分子筛、其制备方法及应用 | |
| CN105084364B (zh) | 一种多孔碳化硅球形粉末的制备工艺 | |
| CN108558409A (zh) | 一种碳化硅泡沫陶瓷及使用其为材质的液态金属过滤器 | |
| CN104529523A (zh) | 一种基于碳纤维为造孔剂制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法 | |
| CN106955670B (zh) | 一种生物炭粘土复合砖块的制备方法及其应用 | |
| Abbas Bukhari et al. | Expansionless oxidation-bonded SiC microfiltration membrane by controlling the oxidation of SiC particle mixtures | |
| CN112851394B (zh) | 一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN107640768B (zh) | 富氮改性脱硫吸附材料的制备方法 | |
| CN115073197A (zh) | 高导热沥青基炭纤维增强多孔炭炭复合材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |