CS265331B1

CS265331B1 - Spósob přípravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlíka

Info

Publication number: CS265331B1
Application number: CS877807A
Authority: CS
Inventors: Oubomir Ing Dasko; Dusan Ing Csc Berek; Ivan Ing Csc Novak
Original assignee: Dasko Oubomir; Berek Dusan; Novak Ivan
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS780787A1

Abstract

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 vodíka a 0,24 až 0,56 hmotnostných dielov vody rozdisperguje v aspoň 2,1 hmotnostných dieloch polypropylénoxidu alebo propoxylovaného 2,2-bis(hydroxymetyl)-1-butanolu a/alebo blokového kopolyméru oxiránu a metyloxiránu s molovou hmotnostou 900 až 10 000 g.mol”·^ pri teplote 15 až 35 °C, potom sa odstráni dispergačné médium, prekurzor sa suší pri teplote 60 až 100 °C a pyrolyzuje sa pri teplote 450 až 750 °C.

Description

(57) 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 vodíka a 0,24 až 0,56 hmotnostných dielov vody rozdisperguje v aspoň 2,1 hmotnostných dieloch polypropylénoxidu alebo propoxylovaného 2,2-bis(hydroxymetyl)-1-butanolu a/alebo blokového kopolyméru oxiránu a metyloxiránu s molovou hmotnostou 900 až 10 000 g.mol”·^ pri teplote 15 až 35 °C, potom sa odstráni dispergačné médium, prekurzor sa suší pri teplote 60 až 100 °C a pyrolyzuje sa pri teplote 450 až 750 °C.

CS 265 331 B1

Vynález sa týká spósobu pripravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlíka.

Je známých niekolko postupov pripravy makropórovitých uhlíkových materiálov za účelom ich využitia v separačných procesoch. Colin so spolupracovnlkmi vytvárali aglomeráty z nepórovitých čiastočiek sadzí menších ako 1_zum. Aglomeráty umiestnili do kremenej trubice vyhriatej na 900 °C, ktorou prúdil inertný plyn (dusík) nasýtený parami organickej látky (benzén). Pyrolýzou benzénu na povrchu aglomerátov dochádzalo k ich čiastočnému stmeleniu a stuženiu. Nevýhodou vzniknutého materiálu bolo, že sa lahko rozpadal na původně submikroskopické čiastočky Γ H. Colin, C. Eon, G. Guiochon: J. Chromatogr. 119, 41 (1976)]. Degradáciou polytetrafluóretylénu lítiovým amalgánom připravili Plzák so spolupracovníkmi nepravidelné pórovité částice uhlíka s vysokým měrným povrchom výše 2 500 m .g . Tvar častíc a přítomnost mikropórov neumožňujú efektívne využitie týchto materiálov na separečné procesy^Z. Plzák, F. P. Doušek, J. Jansta: J. Chromatogr. 147, 187 (1978)]. Unger so spolupracovníkmi použili ako východiskový materiál koks a aktivně uhlie. Nevhodné rozměry získaných častíc a ich nepravidelný tvar, ako aj množstvo pórov s priemerom menej ako 4 nm zapříčinili, že tento materiál nenašiel využitie v chromatografii £Κ. K. Unger, P. Roumeliotis, H. Mueller, H. Gotz: J. Chromatogr. 202, 3 (1980)]. Gilbert so spolupracovníkmi použili ako prekuřzor pórovitého uhlíka silikagél impregnovaný fenolformaldehydom živicou. Po polymerizácii živice podrobili materiál pyrolýze v inertnej atmosféře pri teplote 1 000 °C. Silikagól vymyli alkáliou. V dalšom postupe uhlík zahriali v inertnej atmosféře na teplotu 2 000 až 2 800 °C. Rozměr častíc, ich tvar, priemer pórov a porozita je určená výberom silikagélovej matrice. Povrchové vlastnosti závisia od teploty, ktorej bol uhlík vystavený Γμ. T. Gilbert, J. Η. Knox, B. Kaur: Chromatographia 16, 138 (1982)J. Podobným postupom připravili pórovitý sorbent na základe uhlíka aj Berek a Novák. Použili sacharózu. Póvodnú tuhú silikagólovú matricu po pyrolýze sacharózy pri 600 °C vymyli lúhom (CS AO č. 221 197). Nevýhodou týchto dvoch postupov je komplikovanost, t. j. potřeba pripravy vhodnéj silikagólovej matrice, Čo zvyšuje ekonomická náročnost.

Uvedené nevýhody v podstatnej miere odstraňuje spósob pripravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlíka, ktorého podstata spočívá v tom, 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 vodíka a 0,24 až 0,56 hmotnostných dielov vody sa rozdisperguje aspoň v 2,1 hmotnostných dieloch polypropylénoxidu alebo propoxylovaného 2,2-bis (hydroxymetyl)-1-butanolu a/alebo blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s 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 pyrolyzuje sa pri teplote 450 až 750 °C. Zmes vodného skla, sacharózy a peroxidu vodíka s vodou vytvára v makromolekulovom dispergačnom médiu emulziu. Rozměry kvapóčiek zmesi vodného skla, sacharózy, peroxidu vodíky a vody v makromolekulovom dispergačnom médiu sú dané intenzitou primárného premiešania alebo pretrepania.

K výhodám spósobu pripravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlíka patří možnost vhodným obsahom peroxidu vodíka v kvapalnej zmesi sacharózy, vodného skla, vody a peroxidu vodíka regulovat čas, za ktorý zmes stuhne, čo je velmi dóležité pri kontinualizácii tohto spósobu. Ďalšou výhodou tohto spósobu je, že sa jednostupňovo připraví prekurzor uhlíka, čo je značné ekonomicky výhodné. Uvedeným spósobom sa získajú sférické pórovité částice uhlíka s výhodnými rozmermi menej. ako 60 ^m s róznymi povrchovými vlastnostami pre náplně kolon.

Příklad 1 g destilovanej vody sa zmieša s 33,366 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm . V zmesi sa rozpustí 15 g sacharózy. Do vzniknutého roztoku sa přidá 20,55 g vodného skla s molovým pomerom oxidu křemičitého k oxidu sodnému rovným 3,2 za stálého miešania po dobu 1 minúty. Potom sa zmes pri teplote 15 °C vleje do 397,12 g polypropylénoxidu s distribúciou mólovej hmotnosti v medzi 900 až 4 600 g.mol . Pretrepaním po dobu 30 sekúnd sa vytvoří stabilná disperzia. Nechá sa stát 15 minút. Potom sa přidá zmes 220 ml 96 obj. % etanolu a hexánu v objemovom pomere 3:1. Zmes sa opat pretrepe a přefiltruje. Zachy3 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 prekurzor vsype do sklenej banky s dlhým hrdlom opatrenej zábrusom. Banka sa uzavrie zábrusnou zátkou a umiestní sa v muflovej peci. Teplota sa zvyšuje postupné rýchlosť 8 °C za minútu až po hodnotu 750 °C, pri tejto teplote sa vzorka udržuje počas 1 hodiny. Po ochladení sa získaný materiál 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 ;am. Ortuťovou porozímetriou sa z'istil stredný rozměr pórov s polomerom 12 nm.

Příklad 2 g vody sa zmieša s 55,61 g roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm V pripravenom roztoku sa rozpustí 10 g sacharózy. Pri intenzívnom miešaní počas 1 minúty sa přidá 27,4 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.rtDl^-''. Počas 20 sekundového pretrepávania sa vytvoří disperzia, ktorá sa nechá stáť 20 minút. Potom sa přidá 240 ml zmesi 96 obj. % etanolu a hexánu v objemovom pomere 4:1. Systém sa pretrepe a přefiltruje. Filtračný koláč sa premyje 500 ml 96 obj. i etanolu a 150 ml hexánu. Získaný produkt sa suší v sušiarni pri teplote 85 °C. Po 35 minútovom sušení sa prekurzor vsype do sklenej dlhohrdlej banky. Banka sa opatří uzáverom s prívodom plynu. Takto připravená banka sa napojí na dusík a umiestni sa do muflovej pece. Teplota sa zvyšuje postupné rýchlostou °C za minútu až po hodnotu 600 °C. Táto teplota sa udržuje 1 hodinu. Po ochladení sa obsah vsype do 200 ml 10 hmot. % roztoku hydroxidu sodného a potom sa vaří 25 minút. Potom sa premyje 500 ml vody a 100 ml 96 obj. % etanolu a vysuší sa v sušiarni pri teplote 100 °C. Získá sa ml (sypný objem) pórovitých, sférických čiastočiek uhlíka s rozmermi menej ako 50 _zum. Ortuťovou porozímetriou 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 roztoku peroxidu vodíka s hustotou 1,112 2 g.cm sa rozpustí 7 g sacharózy a přidá sa 20,559 g vodného 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 blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnosti v medziach 5 000 až

500 g.mol . Získá sa 8 ml (sypný objem) sférických makropórovitých uhlíkových častíc s rozmermi menej ako 50 ^jm. Ortuťovou porozímetriou sa zistil stredný rozměr pórov s polomerom 100 nm.

příklad 4

Postupuje sa ako v příklade 1 s tým rozdielom, že ako dispergačné médium sa použije 198,56 g blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnosti v 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 destilovanej vody. 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, makropórovitých uhlíkových častíc s rozmermi menej ako 50 ^m. Ortuťovou porozímetriou sa zistil stredný rozměr pórov 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 kopoly265331 méru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnosti v rozmedzí 6 000 až 10 000 g.mol Prekurzor sa podrobí pyrolýze pri teplote 450 °C. Získá sa 8 ml (sypný objem) sférických, makropórovitých častíc uhlika s rozmermi menej ako 50 ^pm. Ortuťovou porozimetriou sa zistil stredný rozměr pórov s polomerom 70 nm.

Příklad 6

Postupuje sa ako v příklade 1 s tým rozdielom, že ako dispergačné médium sa použije 893,52 g blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu s distribúciou mólovej hmotnosti v 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 destilovanej vody. Prekurzor sa podrobí pyrolýze pri 540 °C. Silikagél sa rozpustí v 40 ml mol.l roztoku kyseliny fluorovodíkovéj. Získá sa 12 ml (sypný objem) sférických, makropórovitých častíc s rozmermi menej ako 50 ^pm. Ortuťovou porozimetriou sa zistil stredný rozměr pórov s polomerom 2 nm.

Spósob přípravy sférických, makropórovitých uhlíkových častíc móže nájsť uplatnenie v organickej chémii pri príprave uhlíkových náplní kolon pre chromatografiu. Získaný pórovitý uhlík sa dá použiť ako nosič katalyzátorov v heterogénnej katalýze a ako sorbent v technologii i pri ochraně životného prostredia.

Claims

PREDMET VYNÁLEZU

Spósob přípravy sférických, makropórovitých mikročástic uhlika, 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 vodíka a 0,24 až 0,56 hmotnostných dielov vody rozdisperguje v aspoň 2,1 hmotnostných dieloch polypropylénoxidu alebo propoxylovaného 2,2-bis(hydroxymetyl)-1-butanol a/alebo blokového kopolyméru oxiranu a metyloxiranu 3 molovou hmotnosťou 900 až 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 pyrolyzuje sa pri teplote 450 až 750 °C.