CS265331B1 - Process for preparing spherical,macroporous microparticles of carbon - Google Patents

Description

265331 2

Vynález sa týká spůsobu přípravy sférických, raakropórovitých mikročástic uhlíka.

Je známých niekoíko postupov přípravy makropórovitých uhlíkových materiálov za účelomich využitia v separačných procesoch. Colin so spolupracovníkmi vytvárali aglomeráty z nepó-rovitých čiastočiek sadzí menších ako 1zum. Aglomeráty umiestnili do kremenej trubice vy-hriatej na 900 °C, ktorou prúdil inertný plyn (dusík) nasýtený parami organickej látky(benzen) . Pyrolýzou benzénu na povrchu aglomerátov dochádzalo k ich čiastočnému st-meleniua stuženiu. Nevýhodou vzniknutého materiálu bolo, že sa lahko rozpadal na původně submi-kroskopické čiastočky Γ H. Colin, C. Eon, G. Guiochon: J. Chromatogr. 119, 41 (1976)]. Degradá-ciou polytetrafluóretylénu lítiovým amalgánom připravili Plzák so spolupracovníkmi nepra-videlné pórovité částice uhlíka s vysokým měrným povrchom výše 2 500 m .g . Tvar častíc apřítomnost mikropórov neumožňujú efektívne využitie týchto materiálov na separečné procesy^Z. Plzák,F. P. Doušek, J. Jansta: J. Chromatogr. 147, 187 (1978)]. Unger so spolupracovníkmi použiliako východiskový materiál koks a aktivně uhlie. Nevhodné rozměry získaných častíc a ich nepravi-delný tvar, ako aj množstvo pórov s priemerom menej ako 4 nm zapříčinili, že tento materiálnenašiel využitie v chromatografii £K. K. Unger, P. Roumeliotis, H. Mueller, H. Gotz: J.Chromatogr. 202, 3 (1980)]. Gilbert so spolupracovníkmi použili ako prekurzor pórovitého uhlíkasilikagél impregnovaný fenolformaldehydom živicou. Po polymerizácii živice podrobili materiálpyrolýze v inertnej atmosféře pri teplote 1 000 °C. Silikagól vymyli alkáliou. V dalšompostupe uhlík zahriali v inertnej atmosféře na teplotu 2 000 až 2 800 °C. Rozměr častíc, ichtvar, priemer pórov a porozita je určená výberom silikagélovej matrice. Povrchové vlastnostizávisia od teploty, ktorej bol uhlík vystavený Γμ. T. Gilbert, J. Η. Knox, B. Kaur: Chromato-graphia 16, 138 (1982)J. Podobným postupom připravili pórovitý sorbent na základe uhlíkaaj Berek a Novák. Použili sacharózu. Póvodnú tuhá silikagólovú matricu po pyrolýze sacharózypri 600 °C vymyli lúhom (CS AO č. 221 197). Nevýhodou týchto dvoch postupov je komplikovanost,t. j. potřeba přípravy vhodnéj silikagólovej matrice, co zvyšuje ekonomická náročnost.

Uvedené nevýhody v podstatnej miere odstraňuje spósob přípravy sférických, makropórovitýchmikročástic uhlíka, ktorého podstata spočívá v tom, že sa jeden hmotnostný diel zmesi obsahu-júcej 0,13 až 0,29 hmotnostných dielov vodného skla, 0,04 až 0,57 hmotnostných dielov sacha-rózy, 0,06 až 0,19 hmotnostných dielov peroxidu vodíka a 0,24 až 0,56 hmotnostných dielovvody sa rozdisperguje aspoň v 2,1 hmotnostných dieloch polypropylénoxidu alebo propoxylované-ho 2,2-bis (hydroxymetyl)-1-butanolu a/alebo blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranus distribúciou mólovej hmotnosti v rozsahu od 900 do 10 000 g.mol 1 pri teplote 15 až 35 °C,potom sa odstráni dispergačné médium, prekurzor sa suší pri teplote 60 až 100 °C a pyrolyzujesa pri teplote 450 až 750 °C. Zmes vodného skla, sacharózy a peroxidu vodíka s vodou vytvárav makromolekulovom dispergačnom médiu emulziu. Rozměry kvapóčiek zmesi vodného skla, sacharózy,peroxidu vodíky a vody v makromolekulovom dispergačnom médiu sú dané intenzitou primárnéhopremiešania alebo pretrepania. K výhodám spósobu přípravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlíka patří možnostvhodným obsahom peroxidu vodíka v kvapalnej zmesi sacharózy, vodného skla, vody a peroxiduvodíka regulovat čas, za ktorý zmes stuhne, čo je velmi dóležité pri kontinualizácii tohtospósobu. Ďalšou výhodou tohto spósobu je, že sa jednostupňovo připraví prekurzor uhlíka,čo je značné ekonomicky výhodné. Uvedeným spósobom sa získájú sférické pórovité částice uhlíkas výhodnými rozmermi menej. ako 60 ^m s róznymi povrchovými vlastnostami pre náplně kolon. Příklad 1 10 g destilovanéj vody sa zmieša s 33,366 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou1,112 2 g.cm . V zmesi sa rozpustí 15 g sacharózy. Do vzniknutého roztoku sa přidá 20,55 gvodného skla s molovým pomerom oxidu křemičitého k oxidu sodnému rovným 3,2 za stáléhomiešania po dobu 1 minúty. Potom sa zmes pri teplote 15 °C vleje do 397,12 g polypropylén-oxidu s distribúciou mólovej hmotnosti v medzi 900 až 4 600 g.mol h Pretrepaním po dobu30 sekúnd sa vytvoří stabilná disperzia. Nechá sa stát 15 minut. Potom sa přidá zmes 220 ml96 obj. % etanolu a hexánu v objemovom pomere 3:1. Zmes sa opat pretrepe a přefiltruje. Zachy- 3 265331 tené mikročástice sa na filtri premyjú s 400 ml 96 obj. % etanolu a nakoniec 100 ml hexánu.Filtračný koláč sa suší v sušiarni pri teplote 60 °C. Po 50 minútach sa získaný prekurzorvsype do sklenej banky s dlhým hrdlom opatrenej zábrusom. Banka sa uzavrie zábrusnou zátkoua umiestní sa v muflovej peci. Teplota sa zvyšuje postupné rýchlosť 8 °C za minútu až pohodnotu 750 °C, pri tejto teplote sa vzorka udržuje počas 1 hodiny. Po ochladení sa získanýmateriál vsype do 200 ml hmot. % vodného roztoku hydroxidu sodného a zmes sa nechá zovrieť.

Po 30 minútovom vare sa přefiltruje a premyje s 650 ml vody. Získá sa 10 ml (sypný objem)sférických pórovitých uhlíkových častíc s rozmerom menej ako 50 jim. Ortuťovou porozimetriousa z'istil stredný rozměr pórov s polomerom 12 nm. Příklad 2 10 g vody sa zmieša s 55,61 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm V pripra-venom roztoku sa rozpustí 10 g sacharózy. Pri intenzívnom miešaní počas 1 minúty sa přidá27,4 g vodného skla. Pri teplote 35 °C sa zmes preleje do 297,84 g propoxylovaného 2,2--bis(hydroxymetyl)-1-butanolu s distribúciou mólovej hmotnosti v medziach 2 500 až 7 000 g.mol-'''.Počas 20 sekundového pretrepávania sa vytvoří disperzia, ktorá sa nechá stáť 20 minút. Potomsa přidá 240 ml zmesi 96 obj. % etanolu a hexánu v objemovom pomere 4:1. Systém sa pretrepea přefiltruje. Filtračný koláč sa premyje 500 ml 96 obj. i etanolu a 150 ml hexánu. Získanýprodukt sa suší v sušiarni pri teplote 85 °C. Po 35 minútovom sušení sa prekurzor vsype dosklenej dlhohrdlej banky. Banka sa opatří uzáverom s prívodom plynu. Takto připravená bankasa napojí na dusík a umiestni sa do muflovej pece. Teplota sa zvyšuje postupné rýchlostou 8 °C za minútu až po hodnotu 600 °C. Táto teplota sa udržuje 1 hodinu. Po ochladení sa obsahvsype do 200 ml 10 hmot. % roztoku hydroxidu sodného a potom sa vaří 25 minút. Potom sa premyje500 ml vody a 100 ml 96 obj. % etanolu a vysuší sa v sušiarni pri teplote 100 °C. Získá sa 15 ml (sypný objem) pórovitých, sférických čiastočiek uhlíka s rozmermi menej ako 50 zum.Ortufovou porozimetriou sa zistil stredný rozměr pórov s polomerom 110 nm. Příklad 3

Postupuje sa ako v příklade 1 s tým rozdielom, že v 20 g vody a v 44,488 g roztokuperoxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm sa rozpustí 7 g sacharózy a přidá sa 20,559 gvodného skla. Dispergačné médium tvoří zmes 187,36 g propoxylovaného 2,2-bis(hydroxymetyl)--1-butanolu s distribúciou mólovej hmotnosti v medziach 6 000 až 10 000 g.mol ' a 25 g blokové-ho kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnosti v medziach 5 000 až 9 500 g.mol . Získá sa 8 ml (sypný objem) sférických makropórovitých uhlíkových častíc s rozmermi menej ako 50 ^jm. Ortuťovou porozimetriou sa zistil stredný rozměr pórov s polo-merom 100 nm. příklad 4

Postupuje sa ako v příklade 1 s tým rozdielom, že ako dispergačné médium sa použije198,56 g blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnostiv medziach 2 000 až 9 000 g.mol . Rozdispergovaná zmes je zložená z 50 g sacharózy, 27,4 g _3 vodného skla, 44,488 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm a 20 g destilovanejvody. Prekurzor sa suší v sušiarni pri teplote 100 °C. Silikagél sa rozpustí v 40 ml 1 mol.l'''roztoku kyseliny fluorovodíkovéj. Získá sa 12 ml (sypný objem) sférických, makropórovitýchuhlíkových častíc s rozmermi menej ako 50 ^pm. Ortuťovou porozimetriou sa zistil stredný rozměrpórov s polomerom 2 nm. Příklad 5

Postupuje sa ako v příklade 1 s tým rozdielom, že sa v 20 g vody a 44,488 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm rozpustia 4 g sacharózy a přidá sa 27,4 g vodného skla. Dispergačné médium tvoří zmes 198,56 g propoxylovaného 2,2-bis(hydroxymetyl)-1-butanolu s distribúciou mólovej hmotnosti v rozmedzí 900 až 5 000 g.mol 1 a 165,2 g blokového kopoly-

Claims (1)

1. 265331 4 méru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnosti v rozmedzí 6 000 až 10 000 g.molPrekurzor sa podrobí pyrolýze pri teplote 450 °C. Získá sa 8 ml (sypný objem) sférických,makropórovitých častíc uhlíka s rozmermi menej ako 50 ^pm. Ortuťovou porozimetriou sa zistilstredný rozměr pórov s polomerom 70 nm. Příklad 6 Postupuje sa ako v příklade 1 s tým rozdielom, že ako dispergačné médium sa použije893,52 g blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnostiv rozmedzí 2 000 až 9 500 g.mol Rozdispergovaná zmes je zložená zo 120 g sacharózy, 27,4 g vodného skla, 44,488 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm a 20 g destilo-vanej vody. Prekurzor sa podrobí pyrolýze pri 540 °C. Silikagél sa rozpustí v 40 ml mol.lroztoku kyseliny fluorovodíkovéj. Získá sa 12 ml (sypný objem) sférických, makropórovitýchčastíc s rozmermi menej ako 50 ^pm. Ortuťovou porozimetriou sa zistil stredný rozměr pórovs polomerom 2 nm. Spósob přípravy sférických, makropórovitých uhlíkových častíc móže nájst uplatneniev organickej chémii pri príprave uhlíkových náplni kolon pre chromatografiu. Získaný pórovitýuhlík sa dá použiť ako nosič katalyzátorov v heterogénnej katalýze a ako sorbent v techno-logii i pri ochraně životného prostredia. PREDMET VYNALEZU Spósob přípravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlíka, vyznačujúci sa tým,že sa jeden hmotnostný diel zmesi obsahujúcej 0,13 až 0,29 hmotnostných dielov vodného skla,0,04 až 0,57 hmotnostných dielov sacharózy, 0,06 až 0,19 hmotnostných dielov peroxidu vodíkaa 0,24 až 0,56 hmotnostných dielov vody rozdisperguje v aspoň 2,1 hmotnostných dielochpolypropylénoxidu alebo propoxylovaného 2,2-bis(hydroxymetyl)-1-butanol a/alebo blokovéhokopolyméru oxiranu a metyloxiranu 3 molovou hmotnosfou 900 až 10 000 g.mol 1, pri teplote15 až 35 °C, potom sa odstráni dispergačné médium, prekurzor sa suší pri teplote 60 až 100°Ca pyrolyzuje sa pri teplote 450 až 750 °C. Severografia, n. p., MOST Cena 2,40 Kčs