CN115140726A - 用于碳化作为粉末的木质纤维素材料的新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于碳化作为粉末的木质纤维素材料的新方法。本发明提供用于将木质纤维素材料碳化成碳化的粒子或者附聚物，优选为碳粉的新的具有成本效益的方法。还公开了所述粒子或者附聚物的用途。

Description

用于碳化作为粉末的木质纤维素材料的新方法
本申请是申请号为201580067537.2、申请日为2015年12月11日、发明名称为“用于碳化作为粉末的木质纤维素材料的新方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明提供用于将木质纤维素材料碳化成碳粉的新的具有成本效益的方法。已经令人惊奇地发现，当以这样的方式在粉末状的基质上实施碳化时，即基质在所述过程中保持它们的粉末状态，碳化的效率被改善。本公开描述了制造碳粉的材料和方法。碳化的碳粉的应用领域包括活性炭，其用于例如水处理、在气态中的溶剂回收至空气纯化，或者作为用于橡胶加强材料的炭黑的替代物，作为颜料，或者作为用于使聚合物为电耗散性的(dissipative)/导电的导电炭黑的替代物。
背景技术
碳粉的两个最大应用领域为使用炭黑的橡胶加强材料和使用活性炭的过滤。特种炭黑被用来作为颜料或者添加剂以使聚合物为电耗散性的/导电。
这些碳粉的原材料富含碳并且主要基于化石。炭黑完全产自重化石油馏分。最常见的生产方法是所谓的炉黑工艺，其中将所述油分散成细小液滴并喷入炉内，在炉内它在约1000℃的温度热解。活性炭主要产自非粉末状的固体化石原材料，例如褐煤或者硬煤。还在一定程度上使用木质纤维素原材料如泥煤、木材和椰子壳。活性炭的生产由两个步骤组成：在高达1000℃的温度碳化以除去非碳元素和第二活化步骤以产生高表面积。
每年，约1050亿吨(105gigatons)木质纤维素生物质正在被产生，其对应于约420亿吨碳。木质纤维素生物质可以成为碳粉产品的丰富原材料。如果基质作为对热气氛具有大表面积的细小粒子存在，基质的碳化更加有效。通过热解细小的基于化石的油滴产生炭黑。现有技术的主要缺点(其在本发明中被解决)是目前不存在有效碳化作为粉末的木质纤维素原材料的方法。
文章“A Study on Synthesis and Characterization of Biobased CarbonNanoparticles from Lignin”(Prasad Gonugunta等人,World Journal of Nano Scienceand Engineering,2012,2,148-153)中公开了从木质素制造碳纳米粒子的方法。此外，US20120269715中公开了从木质素制造碳粒子的方法。
然而，不存在用于通过使用作为粉末的木质纤维素材料制造碳化的粒子或者附聚物，由此可以快速进行的工艺。
因此，需要用于制造作为粒子或者附聚物的碳化的木质纤维素材料的有效方法。
发明内容
通过根据第一方面提供用于制造碳化的粒子或者附聚物的方法，本发明解决了一个或者多个以上问题，其中所述方法是连续的或者半连续的，且其中所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式，最优选地，所述碳粉还是导电的，所述方法包括以下步骤：
a)提供源于木质纤维素材料的粉末形式的干燥的原材料，并将所述原材料悬浮和/或稀释在流体介质中，所述木质纤维素材料优选为木质素；
b)在从约600至约2500℃，优选从约900至约1800℃，最优选从约1000至约1400℃的温度范围碳化所述流体介质中的原材料，由此提供一种或者多种碳化的粒子或者附聚物，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式；任选地，还包括
c)后处理。
根据第二方面，本发明还提供可通过根据第一方面的方法得到的碳化的粒子或者附聚物，优选碳化的碳粉。
根据第三方面，本发明还提供所述第二方面的产物(即碳化的粒子或者附聚物，优选碳化的碳粉)的用途，所述用途为作为受控的释放材料；在抗流挂材料中；作为活性炭(charcoal)；在水处理中；在溶剂回收中；在气态中；在空气纯化中；作为加强材料，如用于轮胎中的橡胶中的加强材料；作为调色剂；作为流变增强剂；作为颜料(如在墨水组合物(inkjet composition中)；作为颜色过滤器；作为UV稳定剂；作为导电材料；作为电池电极材料；作为用于如计算机和移动式电话的壳体、机动车装置、电线、电缆、管和航空装置的应用中的导电聚合物组合物中的添加剂；作为防静电剂；作为聚合物组合物中的填料(其可包括聚烯烃)；在超级电容器中；在传感器中；在导电油墨中；和作为粘性流体的用途。第二方面的所述碳化的粒子或者附聚物(优选碳化的碳粉)可用作炭黑的替代物，其中所述炭黑是常规选择。因此，它可用作炭黑的替代物，例如所述炭黑可在橡胶加强材料中(例如在轮胎中)。它还可用作使聚合物和聚合物组合物为电耗散性的/导电的导电炭黑的替代物。
因此，在一个方面，本发明提供连续的或者半连续的(准连续的)工艺，其允许气体悬浮的颗粒生物质在比任何其它现有技术描述的时间跨度显著缩短的时间跨度内基本上完全碳化。连续的工艺是指在时间上不中断的工艺，即，它不中止地进行。半连续的工艺可被例如如下所示的收获产品中断。
在另一方面，本发明提供用于在连续流中碳化粉末状的生物质的方法。
在另一方面，本发明提供所得的产物，所述产物源于从对来自针叶木的牛皮纸(kraft)木质素实施根据第一方面的本发明方法针叶木。从根据本发明的第一方面提供的方法得到的产物由80wt％或者更多的呈颗粒几何形状的元素碳组成。
具体实施方式
在整个说明书中，表述"木质素"包括任何可用于制造碳化的粒子或者附聚物(优选碳化的碳粉)的木质素。所述木质素的实例为，但不限于，针叶木木质素、阔叶木木质素、来自一年生植物的木质素或者通过不同制浆方法如有机溶剂制浆或者牛皮纸制浆得到的木质素。木质素可例如通过使用EP 1794363中公开的工艺分离。所述术语“木质素”还包括生物质中的天然木质素和木质素衍生物。
原材料的实例包括但不限于木纤维、纸浆纤维、来自制浆工艺的纤维废弃物、锯末、来自农作物的木质纤维素残留物(例如甘蔗渣、甜菜、玉米炉灶(corn stoves))、一年生植物和当然，木质素本身。
原材料，即，给料(feedstock)，是呈粉末状态的干燥的木质纤维素材料，优选粒度为低于1mm，优选低于0.1mm，更优选低于10μm。尺寸分布可取决于给料类型和预处理。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，步骤b)的碳化包括流体介质中的(优选在惰性气体混合物中的)将原材料输送至热室(优选炉系统)中，并优选在从约1毫秒至约15分钟的时间期间内连续热处理所述流体介质中的原材料，由此提供碳化的粒子或者附聚物，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式。可设置所述炉，使得它允许流体介质中的原材料竖直(向上或者向下)或者水平(从右至左或者从左至右)移动。在热处理期间，可具有一个或者多个温度步骤且因此具有若干区域。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，惰性气体混合物由氮气和二氧化碳组成。比率可为50/50。也可在这种情况中使用在低于100℃的温度不反应的其它惰性气体。还可存在第三气体，用于将稀释的气-固相混合物输送至处理室中。这可为如上所述的任何气体或者其它为惰性的或者参与反应的气体。可以层流或者湍流的形式向处理室进料气-固相混合物。气体的粒子加载可为变化的。粒子与气体的混合最初可在低于200℃(优选低于100℃)的冷状态进行。在热气流中收集产物可需要冷却。因此，与在步骤b)中的热处理之后收获(分离)产物有关，可使用冷却气体或者气体混合物。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，步骤a)的原材料为90％以上的干燥固体。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，步骤a)中的原材料已经被预处理，例如用流体介质浸渍、均化、研磨和/或粉碎。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，步骤a)的原材料已经被研磨至限定的粒度，任选地，还包括用辅助剂处理，例如用液体，如溶剂、盐、水，或者其混合物浸渍。原材料(即，给料)的预处理如所述可包括：碾碎、研磨、混合和/或均化，和此外，它也可包括添加水、酸、苛性剂、离子液体和/或盐。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，分离由步骤b)得到的碳化的粒子或者附聚物，其中所述分离可包括在任选的后处理之前从流体介质提取(萃取)和/或收集。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，步骤c)的后处理包括将所述碳化的粒子或者附聚物研磨、浸渍和/或涂覆至限定的粒度、表面性质、表面极化和/或对于一些物质的亲和性，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，碳化的粒子或者附聚物，优选碳化的碳粉，具有高于100m2/g，优选从约130至约1000m2/g的BET表面积。
根据本发明第一方面的另一优选实施方案，呈所述碳化的碳粉形式的碳化的粒子或者碳化的附聚物呈现从约1nm至约1mm，优选从约10nm至约500μm，最优选从约10nm至约250μm的尺度。呈所述碳化的碳粉形式的所述碳化的粒子或者碳化的附聚物也可呈现平均粒度为在0.01μm至1mm之间，例如在0.01μm至100μm之间的尺度。
得到的产物(即，碳化的粉末)可具有至少85％的碳含量。
得到的产物(即，碳化的粉末)还可具有至少85％的碳含量和在0.01μm至1mm之间，优选在0.01μm至100μm之间的平均粒度。
如所述，碳化的粒子或者附聚物可由初级粒子组成，所述初级粒子优选附聚并形成粉末。
还可如下描述根据第一方面的碳化工艺并且其可包括以下步骤：
o步骤1(任选的)：将原材料干燥至>90％干燥固体
o步骤2(任选的)：将原材料研磨至具有限定的粒度的粉末；用辅助剂处理，例如用溶剂、水或者其它流体浸渍
o步骤3：在惰性气氛中，在600-2500℃，例如在700-1500℃粉末碳化(如详细描述)
o步骤4(任选的)将原始碳粉(raw carbon powder)后处理如研磨、浸渍、涂覆至限定的粒度、表面性质、表面极化、对于一些物质的亲和性，
步骤3(碳化步骤)的描述:
所述的将粉末原材料热碳化的方法由三个工艺亚步骤组成。第一亚步骤3.1是将粉末原材料进料，其中将所述粉末进料至炉系统中并悬浮在流体介质(优选惰性气体)中。可使用在热喷雾技术中已知的任何常规进料技术，即，基于重力的器件、旋转轮器件或者流化床系统(Handbook of Thermal Spray Technologies,ed.Joseph R.Davis,2004,ASMInternational,pp.137-141)。在此步骤中，控制体积或者质量吞吐量。第二亚步骤3.2是实际的热碳化，其中将所述粉末/气体混合物输送至热室中。所述工艺优选连续地或者半连续地运行，使得入口流在入口处连续地或者半连续地进料至室中并随后在碳化之后在另一端离开。当作为粉末的材料暴露于从600℃至2500℃，例如在900℃和1800℃之间或者在1000℃和1400℃之间的温度达1毫秒至数分钟之间的持续时间时，所述材料碳化。一个关键技术方面是在输送穿过所述室期间粒子悬浮的控制。在一个优选方式中，所述粒子与外室壁具有极少或者没有接触时间，使得在室内不收集任何类型的烧焦的剩余残留物。可通过适当的气体流-粒子流设计(例如，受控的涡流)实现这种悬浮体。
第三步骤是分离，其可包括从所述室提取和收集碳化的物质以及废气和其它残留物。所述分离步骤可为逐批的，例如当清空已经收集了碳化的粉末的过滤器时。在经过所述热处理之后，将由此经处理的材料连续地输送至足够的管道，在该处发生至较低温度的冷却。在一个方面，这种冷却可通过注射较冷的(cooler)气体流实现，取决于主要温度水平，所述冷却剂气体流可能需要是惰性的。这些较低温度水平依赖于使用的冷却措施。通常需要将固-气相混合物与悬浮的碳化的粒子分离。这种分离将允许从气相收集固体颗粒形状的产物。分离可通过在现有技术中已知的一些方式实现，其中过滤是一种显而易见的选择。可选择地，也可使用现有技术已知的用于粒子或者粉末分级的其它分离措施。在另一建议的形式中，所述冷却可通过使用骤冷水(quench water)得到。这种方法在现有技术中公知用于炭黑制造。利用的方法也是一个明显的可能的概念。
根据本发明的第一方面的方法可用一些方式实现。所述处理室或者炉室可用各种不同形式实现。通常，这种室应具有入口和出口。其可作为圆形管实现。这种管的横截面在形状上可为圆形或者非圆形，例如椭圆形或者矩形或者多角形(例如六角形)或者这些横截面形状的混合。通常，管横截面在长度上可为恒定的。但是它也可具有变化的横截面，在形状或尺寸上或两者均有。
这种炉室的构型分别显示在图2、图3和图4中，并且显而易见，所述构型可取决于安装需要、工艺要求或者给料或者给料-气体混合物的工艺行为而改变。在三个图示的构型之间的主要区别是炉管或者炉室的取向及其入口和出口之间的相对取向。在图2中，将入口和出口设计成在相似高度水平上，从而基本上在二者之间形成水平处理热区。可在图3或者图4中将这种构型改变至极端位置。在图3中，入口位于炉室或者炉管的上端，并且出口位于下端。因此，所述工艺为竖直构型并且产物流是从顶部至底部。在另一构型中，入口位于底部并且将气体-给料混合物向上输送经过所述室并在上端离开，基本上也形成竖直工艺，如图4中所示。取决于工艺和产物需要，所述构型可分别在图2、3和4中示出的构型之间的任何位置改变。
取决于工艺需要，炉室或者炉管可由多个独立控制的温区组成。在上述构型中，可想象三个区域，但是较多或者较少区域在技术上也是可能的。这些区域的温度水平可在例如600℃和2500℃之间选择。较低温度也可能实现，但是碳化不被预期。此外，较高温度水平在技术上是可行的，但是越来越难以获得、保持并且在效率方面也可具有不利影响。
如所述，根据本发明的第一方面的方法可用于处理以上列举的不同给料材料，并且所述工艺可取决于这些原材料选择而改变，例如，选择的工艺和冷却气体。在这里，可考虑各种温度水平的反应性。在示出的技术中，当冷却时惰性气体氮气是一个显而易见的选择。
取决于给料和目标产物性质，还可考虑在气体组分的部分混合物中选择二氧化碳。在根据第一方面的方法中，二氧化碳存在于热炉室中的碳化反应中。还可使用其它惰性气体作为工艺气体、稀释气体或者冷却气体。不过，氮气的使用是优选的。
本发明的每个方面的优选特征与经过必要修改的其它方面中的每一个相同。本发明在附图中进一步描述，其不以任何方式限制本发明的范围。使用附图更详细地描述了附图的本发明的实施例，其唯一目的是说明本发明，并且绝不旨在限制其范围。本文提及的现有技术文件在法律允许的最大范围内被纳入。
附图说明
图1示出本发明的工艺流程。
图2示出了在第一实施方案中的本方法的示意图。
图3示出了在第二实施方案中的本方法的示意图。
图4示出了在第三实施方案中的本方法的示意图。
图5a显示了得到产品的SEM扫描。
图5b显示了得到产品的SEM扫描。
图6a显示了得到产品的SEM扫描。
图6b显示了得到产品的SEM扫描。
图7a显示了得到产品的TEM分析。
图7b显示了得到产品的TEM分析。
图8显示了得到产品的TEM分析。
图9示出了所提出的方法的示意图，其中其产品也被进一步用于塑料部件。
本发明以任意顺序和/或任意组合包括以下方面/实施方案/特征：
1.用于制造碳化的粒子或者附聚物的方法，其中所述方法是连续的或者半连续的，并且其中所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式，最优选地，所述碳粉还是导电的，所述方法包括以下步骤：
a)提供源于木质纤维素材料的粉末形式的干燥的原材料，并将所述原材料悬浮和/或稀释在流体介质中，所述木质纤维素材料优选为木质素；
b)在从约600至约2500℃，优选从约900至约1800℃，最优选从约1000至约1400℃的温度范围碳化所述流体介质中的原材料，由此提供一种或者多种碳化的粒子或者附聚物，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式；任选地，还包括
c)后处理。
2.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中步骤b)的所述碳化包括将所述流体介质中的，优选在惰性气体混合物中的原材料输送至热室，优选炉系统中，并优选在从约1毫秒至约15分钟的时间期间内连续地热处理所述流体介质中的原材料，由此提供碳化的粒子或者附聚物，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式。
3.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中所述惰性气体混合物由氮气和二氧化碳组成。
4.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中步骤a)的原材料为90％以上干燥固体。
5.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中步骤a)中的原材料已经被预处理，例如用流体介质浸渍、均化、研磨和/或粉碎。
6.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中步骤a)的原材料已经被研磨成限定的粒度，任选地还包括用辅助剂的处理，例如用液体如溶剂、盐、水或者其混合物浸渍。
7.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中在任选的后处理之前将由步骤b)得到的碳化的粒子或者附聚物从所述流体介质分离，其中所述分离可包括提取和/或收集。
8.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中步骤c)的后处理包括将所述碳化的粒子或者附聚物研磨、浸渍和/或涂覆成限定的粒度、表面性质、表面极化和/或对于一些物质的亲和性，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式。
9.任意前述或后续实施方案/特征/方面的任一项的方法，其得到BET表面积为100m2/g以上，优选从约130至约1000m2/g的碳化的粒子或者附聚物，优选为碳化的碳粉。
10.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中碳化的粒子或者碳化的附聚物呈现从约1nm至约1mm，优选从约10nm至约500μm，最优选从约10nm至约250μm的尺度。
11.碳化的粒子或者附聚物，优选为碳化的碳粉，其可通过根据任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法得到。
12.任意前述或后续实施方案/特征/方面的碳化的粒子或者附聚物的用途，所述碳化的粒子或附聚物优选为碳化的碳粉，所述用途为作为受控的释放材料；在抗流挂材料中；作为活性炭；在水处理中；在溶剂回收中；在气态中；在空气纯化中；作为加强材料，如用于轮胎中的橡胶中的加强材料；作为调色剂；作为流变增强剂；作为颜料，如在喷墨组合物中的颜料；作为颜色过滤器；作为UV稳定剂；作为导电材料；作为电池电极材料；作为用于如计算机和移动式电话的壳体、机动车装置、电线、电缆、管和航空装置的应用中的导电聚合物组合物中的添加剂；作为防静电剂；作为聚合物组合物中的填料；在超级电容器中；在传感器中；在导电油墨中；和作为粘性流体的用途。
本发明可包括在前面和/或下面语句和/或段落中所述的这些不同特征或实施方案的任意组合。将本文所公开的特征的任意组合看作本发明的一部分且对于可组合的特征没有限制。
实施例
根据第一方面的本发明以图4中所示的形式实现。在这种情况下的工艺方向是从底部向上至顶部。用作固体给料的生物质是来自针叶木的牛皮纸木质素。将近似95wt％干燥含量木质素与氮气一起混合成稀释相状态(dilute phase state)，并且其通过将第二气体注射至所述流中而连续且直接地向前进料至热处理室中–在这种情况下为圆形形状的管。使用的注射气体为二氧化碳。因此，将50体积％氮气和50体积％二氧化碳的气体混合物与木质素连续地混合。将这种混合物输送至热炉管中，并使所得固体以及气体产物在顶端离开管。
在管的中间水平将工艺温度设为1400℃。在5g/min至15g/min之间对固体进料分步计量。在热区中的时间跨度为最大3秒的估计平均值。
由气-固混合物组成的离开材料流通过注入的在室温(约20℃)的惰性气体流冷却。将冷却的气-固混合物泵送经过陶瓷过滤布，在其表面上收集固体颗粒产物。
图5a至图8显示了结果的SEM以及TEM分析。可以看出，产物主要是球形碳粒子，所述产物源于用呈现的碳化方法处理的来自针叶木的牛皮纸木质素。得到的材料是直径为数纳米至约100μm的碳球。微粒子的附聚状态也很明显。
图5b显示了呈瓦解以及开放结构形式的所得球形粒子的实例。因此，显而易见的是这些较大球体的中空性质。
图7a和图7b显示了产品的较低直径部分的扫描透射电子显微镜的分析。在这里，数纳米至数十纳米的较低直径范围的尺度清晰可见。此外，单个球体或者粒子形成附聚物的趋势是显而易见的。
图8显示了这种较小粒子的高分辨率透射电子显微镜分析。可以清楚地看到，在具有极少明显优先取向或者没有明显优先取向的分子结构之间具有一些规则的间距。所得产物的分析也暗示，在结晶结构内存在具有芳族堆叠的域。这些结晶结构的间距在所谓的石墨堆叠或分层的范围内。
可从根据第一方面的方法得到的产物的BET表面积为138.18m2/g。
以上已经描述了本发明的各种实施例，但是本领域技术人员意识到进一步的小的改变，其将落在本发明的范围内。本发明的广度和范围不应该由上述示例性实施例中的任何一个所限制，而是应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。例如，任何上述方法可以与其他已知方法组合。在本发明的范围内从属于本发明的其它方面，优点和变化对于本发明所属领域的技术人员将是显而易见的。

Claims (12)

1.用于制造碳化的粒子或者附聚物的方法，其中所述方法是连续的或者半连续的，并且其中所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式，最优选地，所述碳粉还是导电的，所述方法包括以下步骤：
a)提供源于木质纤维素材料的粉末形式的干燥的原材料，并将所述原材料悬浮和/或稀释在惰性气体或惰性气体混合物中形成粉末-气体混合物，所述木质纤维素材料优选为木质素；
b)将粉末-气体混合物连续地输送至并且穿过热室，优选炉系统，并且连续地热处理粉末-气体混合物中的原材料，以在从约900至约1800℃的温度范围在从约1毫秒至约15分钟的时间期间内碳化热室中的原材料，由此提供一种或者多种碳化的粒子或者附聚物，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式；任选地，还包括
c)后处理。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤b)的所述碳化在从约1000至约1400℃的温度下。
3.根据权利要求1的方法，其中所述惰性气体混合物由氮气和二氧化碳组成。
4.根据权利要求1的方法，其中步骤a)的原材料为90％以上干燥固体。
5.根据权利要求1的方法，其中步骤a)中的原材料已经被预处理，例如用流体介质浸渍、均化、研磨和/或粉碎。
6.根据权利要求1的方法，其中步骤a)的原材料已经被研磨成限定的粒度，任选地还包括用辅助剂的处理，例如用液体如溶剂、盐、水或者其混合物浸渍。
7.根据权利要求1的方法，其中将由步骤b)得到的碳化的粒子或者附聚物从惰性气体或惰性气体混合物分离，其中所述分离可包括提取和/或收集。
8.根据权利要求1的方法，其中步骤c)的后处理包括将所述碳化的粒子或者附聚物研磨、浸渍和/或涂覆成限定的粒度、表面性质、表面极化和/或对于一些物质的亲和性，所述碳化的粒子或者附聚物优选为碳粉的形式。
9.根据权利要求1至8中的任一项的方法，其得到BET表面积为100m2/g以上，优选从约130至约1000m2/g的碳化的粒子或者附聚物，优选为碳化的碳粉。
10.根据权利要求9的方法，其中碳化的粒子或者碳化的附聚物呈现从约1nm至约1mm，优选从约10nm至约500μm，最优选从约10nm至约250μm的尺度。
11.碳化的粒子或者附聚物，优选为碳化的碳粉，其可通过根据权利要求1–10中的任一项的方法得到。
12.根据权利要求11的碳化的粒子或者附聚物的用途，所述碳化的粒子或附聚物优选为碳化的碳粉，所述用途为作为受控的释放材料；在抗流挂材料中；作为活性炭；在水处理中；在溶剂回收中；在气态中；在空气纯化中；作为加强材料，如用于轮胎中的橡胶中的加强材料；作为调色剂；作为流变增强剂；作为颜料，如在喷墨组合物中的颜料；作为颜色过滤器；作为UV稳定剂；作为导电材料；作为电池电极材料；作为用于如计算机和移动式电话的壳体、机动车装置、电线、电缆、管和航空装置的应用中的导电聚合物组合物中的添加剂；作为防静电剂；作为聚合物组合物中的填料；在超级电容器中；在传感器中；在导电油墨中；和作为粘性流体的用途。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6769964B2 (ja) 2014-12-11 2020-10-14 ストラ エンソ オーワイジェイ 粉末としてリグノセルロース系材料を炭化する新規方法
JP6453985B1 (ja) * 2017-12-04 2019-01-16 農業生産法人結・ハートプラザ株式会社 カーボン微粒子の製造方法
CN108948535A (zh) * 2018-08-02 2018-12-07 界首市盛泽鞋业有限公司 一种防静电鞋底材料的制备方法
WO2020109614A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Macsa Id, S.A. Method and device for creating at least a part of electronic circuit, and electronic circuit
SE544158C2 (en) * 2020-06-11 2022-02-08 Stora Enso Oyj Process for producing carbon from heat treated lignin
CN112691639A (zh) * 2020-12-04 2021-04-23 西南科技大学 秸秆及木质素制备生物炭及其在重金属污染治理的应用
CN113403717B (zh) * 2021-05-06 2023-01-24 济宁如意新材料技术有限公司 一种卡其色功能性色纺纱的配色方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009072393A1 (ja) * 2007-12-03 2009-06-11 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology リグニンを原料とする炭素微粒子及びその製造方法
US20090220775A1 (en) * 2006-05-02 2009-09-03 Fumio Kurosaki Macroporous Carbon Material and Mesoporous Carbon Material Starting from Wood Material, Method for Producing them, and Porous Metal Carbon Material and Method for Producing it
WO2011013161A1 (ja) * 2009-07-27 2011-02-03 エス．エス．アロイ株式会社 バイオマスを原料にしたバイオマスカーボンブラックの製造方法及びその装置
CN102317205A (zh) * 2008-12-15 2012-01-11 康宁股份有限公司 用于高能量密度超级电容器的活性炭材料
CN102502625A (zh) * 2011-10-25 2012-06-20 杭州星宇炭素科技有限公司 木屑用回转式活化炉一步法制活性炭并副产煤气的方法
CN103253651A (zh) * 2013-05-23 2013-08-21 广西大学 一种木质素基多孔碳材料及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4101412A (en) * 1976-06-25 1978-07-18 Occidental Petroleum Corporation Process and apparatus for rapid pyrolysis of carbonaceous materials
GB8822518D0 (en) 1988-09-26 1988-11-02 Cybertronics Ltd Improvements in & relating to fibrous activated carbons
US5843393A (en) * 1997-07-28 1998-12-01 Motorola, Inc. Carbon electrode material for electrochemical cells and method of making same
SE0402201D0 (sv) 2004-09-14 2004-09-14 Stfi Packforsk Ab Method for separating lignin from black liquor
JP5117252B2 (ja) 2008-03-31 2013-01-16 株式会社東芝 ナノカーボン・炭化物連続製造装置
JP2011063644A (ja) 2009-09-15 2011-03-31 Earthlink Inc 粉末炭の製造方法
AU2014372186A1 (en) 2013-12-23 2016-06-30 Stora Enso Oyj A conductive carbon powder, a method for the manufacturing thereof and use thereof
BR112016016552B1 (pt) * 2014-01-16 2022-01-04 Carbon Technology Holdings, LLC Processo para biorrefinamento para coproduzir carvão ativado juntamente com produtos primários
JP6769964B2 (ja) 2014-12-11 2020-10-14 ストラ エンソ オーワイジェイ 粉末としてリグノセルロース系材料を炭化する新規方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090220775A1 (en) * 2006-05-02 2009-09-03 Fumio Kurosaki Macroporous Carbon Material and Mesoporous Carbon Material Starting from Wood Material, Method for Producing them, and Porous Metal Carbon Material and Method for Producing it
WO2009072393A1 (ja) * 2007-12-03 2009-06-11 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology リグニンを原料とする炭素微粒子及びその製造方法
CN102317205A (zh) * 2008-12-15 2012-01-11 康宁股份有限公司 用于高能量密度超级电容器的活性炭材料
WO2011013161A1 (ja) * 2009-07-27 2011-02-03 エス．エス．アロイ株式会社 バイオマスを原料にしたバイオマスカーボンブラックの製造方法及びその装置
CN102502625A (zh) * 2011-10-25 2012-06-20 杭州星宇炭素科技有限公司 木屑用回转式活化炉一步法制活性炭并副产煤气的方法
CN103253651A (zh) * 2013-05-23 2013-08-21 广西大学 一种木质素基多孔碳材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
沈新元, 中国纺织出版社 *

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Publication number Publication date
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