CZ2998A3 - Způsob tepelného zpracování uhlíkatých materiálů - Google Patents

Způsob tepelného zpracování uhlíkatých materiálů Download PDF

Info

Publication number
CZ2998A3
CZ2998A3 CZ9829A CZ2998A CZ2998A3 CZ 2998 A3 CZ2998 A3 CZ 2998A3 CZ 9829 A CZ9829 A CZ 9829A CZ 2998 A CZ2998 A CZ 2998A CZ 2998 A3 CZ2998 A3 CZ 2998A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
carbon black
plasma
carbon
heat treatment
gas
Prior art date
Application number
CZ9829A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ292640B6 (cs
Inventor
Steinar Lynum
Ketil Hox
Jan Hugdahl
Richard Smet
Nicolas Probst
Original Assignee
Kvaerner Engineering As
M. M. M. S. A.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kvaerner Engineering As, M. M. M. S. A. filed Critical Kvaerner Engineering As
Publication of CZ2998A3 publication Critical patent/CZ2998A3/cs
Publication of CZ292640B6 publication Critical patent/CZ292640B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C3/048Treatment with a plasma
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/56Treatment of carbon black ; Purification
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894Processes carried out in the presence of a plasma
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60Compounds characterised by their crystallite size
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/78Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32Thermal properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu tepelného zpracování uhlíkatých materiálů pro získání zvýšené pravidelnosti v nanostruktuře částic uhlíku, zejména sazí, podle kterého jsou částice uhlíku dodávány do plazmové zóny pomocí nosného plynu, následně zpracovány tepelným zpracováním v plazmové zóně a do částic uhlíku je přiváděna hrubá entalpie od 1 do 10 kWh/kg.
Dosavadní stav techniky
Mikrostruktura v částicích sazí se skládá z malých krystalických oblastí v turbovrstevnatém pořádku, tj. rovnoběžných vrstvách rotujících, ale neuspořádaných kolem osy c. Grafitické vrstvy jsou uspořádány koncentricky směrem k povrchu částic, tj. paralelní orientace, se stoupajícím stupněm nepravidelnosti ve směru ke středu částic. Rozměr krystalu je definován jako (Lc), (La), resp. (d 002). (Lc) je rozměr krystalu ve směru c, tj. výška a je průměrnou stohovací výškou grafitových vrstev. (La) je rozměr nebo rozloha vrstev a představuje průměrný průměr každé vrstvy, (d 002) je vzdálenost mezi vrstvami grafitu. Rozměry krystalu měřené ohybem paprsků X pro saze vyrobené známými konvenčními postupy jsou specifikovány na obr.3 v tabulce 1. Je známo, že tepelné zpracování mění stupeň pravidelnosti v nanostruktuře částic sazí. Rozměr krystalu stoupá s rostoucím průměrným průměrem (La) vrstev grafitu a se stoupající průměrnou výškou vrstev (Lc). Vzdálenost mezi vrstvami grafitu (d 002) je snížena.
Tepelné zpracování sazí vedené při teplotách právě nad 1.000° C ·♦ ·♦·*
9 9 9 9 9 9 9 99
9 9 9 9 9 99 9
999 9 · · 99999
9 9 9 9 9 9 9 9·
9999 ·9 99 9999 má vliv na nanostrukturu a morfologii. Zvyšování teploty na 2.700° C nebo výše, má silný vliv na pravidelnost vrstev grafitu a růst krystalů dosahuje úrovně odpovídající výsledkům pro acetylenové saze. Jsou známy způsoby tepelného zpracování, sestávající z ohřívání v indukční peci v atmosféře inertního plynu na teplotu mezi 1.100° C a 2.400° C s dobou pobytu od několika minut do více hodin. V patentové spise US 4.351.815 je vysvětlen způsob tepelného zpracování sazí v peci s dvěma tepelnými zónami. V první zóně je zahříváno na teplotu mezi 565° C a 760° C, aby byl přeměněn všechen přítomný kyslík na kysličník uhličitý a v druhé zóně je zahříváno na teplotu mezi 1.400° C a 2.400° C. Doba tepelného zpracování se může měnit od 9 sekund do 10 minut. Ve spise DD 292920 je vysvětlen způsob' výroby vrchních sazí z vnitřních sazí v plazmovém reaktoru. Surovému materiálu je přivedena entalpie alespoň 3 kWh/kg při reakční době mezi 0,1 a 1 sekundou, čímž je uhlík přiveden zcela nebo částečně do sublimace. Je přítomen ve formě plynného uhlíku a postup proto musí být charakterizován jako transformace surového materiálu a ne jako způsob tepelného zpracování. Ve spise WO 94/17908 je vysvětlen způsob transformace uhlíkatých materiálů jako jsou saze a grafit s neuspokojivou nanostrukturou v plazmovém reaktoru. Do surového materiálu je přiváděna energie mezi 40 kW/h a 150 kW/h s dobou pobytu v reakční komoře mezi 2 a 10 sekundami. Způsob musí být charakterizován jako transformace surového materiálu a ne jako způsob tepelného zpracování. Podle známých konvenčních způsobů tepelného zpracování je doba pobytu pro surový materiál v peci od 10 sec. do několika hodin. Takové způsoby nemohou zpracovávat velká množství v krátké době a nejsou proto podnikatelsky ziskové. Cílem vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky a zajistit zlepšený způsob, který je tepelně efektivní a snadno řiditelný, pro tepelné zpracování' uhlíkatých materiálů a zvláště všech typů uhlíkových sazí, aby
• to * • ·· • to · · · • t · byla získána zlepšená pravidelnost v nanostruktuře. Tato pravidelnost v nanostruktuře může být určena standardními zkušebními metodami jako je prohlídka mikroskopem nebo ohybem paprsků X. Cílem vynálezu je dále zvýšení kvalit obchodních sazí a dalším cílem je obnova uhlíkatých materiálů negrafitizovaného typu, tj. těch , které jsou užívány jako elektrodové materiály. Dalším cílem vynálezu je umožnit použití vynálezu za účelem dosažení specielních vlastností, které nebyly dosud vyrobeny nebo které jsou obtížně vyrobitelné známými způsoby výroby bez použití nákladných surových materiálů jako je acetylen. Dalším cílem vynálezu je zajistit způsob, který může zpracovávat široké množství surových materiálů v krátkém čase, což činí způsob ekonomičtější.
Podstata vynálezu
uvedené' cíle' dosahuj e způsob tepelného zpracování uhlíkatých materiálů pro získání zvýšené pravidelnosti v nanostruktuře částic uhlíku zejména sazí, přičemž částice uhlíku jsou dodávány do plazmové zóny pomocí nosného plynu, jsou následně zpracovány tepelným zpracováním v plazmové zóně a do částic uhlíku je přiváděna hrubá entalpie od 1 do 10 kWh/kg podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že doba pobytu je v rozsahu 0,07 až 0,01 sekundy a poměr doby pobytu k entalpii v plazmové zóně (9) je upraven takovým způsobem, že částice uhlíku jsou zahřátý na teplotu, která zajišťuje zvýšenou pravidelnost v nanostruktuře a nepřesahuje 3.700° C a tak zabraňuje sublimaci částic uhlíku. Doba pobytu částic uhlíku v plazmové zóně (9) může být s výhodou menší než 0,07 sekundy nebo může být upravena řízením rychlosti průtoku plynu pro plazmový plyn a/nebo nosný plyn nebo řízením rychlosti průtoku ·· · · ·· • · · · · · · 9 9 99
9 9 9 9 9 9 999
9 9 9 9 9 9 9 999 99
9 9 9 9 9 9 9 99
9999 99 99 9999 plynu pro nosný plyn a umístěním napájecí trubky (6) ve vztahu k plazmové zóně nebo výběrem napájecích trubek (7), které jsou užity pro přivádění částic uhlíku a nosného plynu. Následné zpracování může být s výhodou prováděno ve spojení s výrobním postupem. Podle překvapivého objevu, který byl učiněn, je doba tepelného zpracování pro uhlíkové částice jako např. saze drasticky snížena. Prostřednictvím tepelného zpracování tepelným způsobem, tj. v plazmové zóně, je dosažena stejná pravidelnost grafitových vrstev jako v průběhu zahřívání v peci. Způsob sestává ze zvýšení kvality komerčního uhlíku. Tepelné zpracování je prováděno v plazmové zóně, přičemž je řízen čas vložení a dodávaná energie, aby bylo zajištěno, že uhlíkatý materiál nesublimuje, čímž se zabraňuje vypařování uhlíku a jeho převádění do nového produktu. V plazmové zóně však je dosažena pravidelnost v nanostruktuře už po době pobytu v rozsahu od 0,1 sec. nebo kratším. Bylo ukázáno, že dokonce doba pobytu 0,05 sec. nebo kratší je postačující pro dosažení uspokojivé pravidelnosti v nanostruktuře. Tak je zajištěn výnosný způsob, protože může být zpracováno velké množství v krátké době. Tento způsob tepelného zpracování muže být prováděn v plazmové zóně vytvořené v plazmovém oblouku, kde elektrický oblouk hoří mezi elektrodami nebo v plazmové zóně, která je vytvořena tepelnou indukcí např. vysokofrekvenčním ohřátím plynu. Zpracovávány mohou být různé uhlíkaté materiály jako je uhlík, koks atd., ale zejména nejpřednější kvality specifických sazí pro dosažení specifické kvality. Částice uhlíku jsou dodávány do plazmové zóny pomocí nosného plynu. Tento nosný plyn může být také plazovým plynem. Inertní plyn jako argon nebo dusík mohou být použity jako nosný nebo plazmový plyn. Redukční plyn jako vodík nebo zpracovatelský plyn, který může být směsí H2 + CH4 + CO + CO2 může tak být využit. Kombinace těchto plynů může být taktéž využita.
·· • 4 44 4444 44 44
• · • < • * 4 4 • 4
• · 4 • 4 • 4 44
• 4 4 4 4 4 4 4 44· 4 4
4 * • - 4 4 4 4 4 4 4
4 · • 444 4 4 44 44 • 4
Přehled obrázků na výkrese
Vynález bude nyní podrobně vysvětlen pomocí příkladu, který je znázorněn v schematické formě na obr.l, který ukazuje podstatu návrhu plazmového oblouku s dodávkou surového materiálu do plazmové zóny. Obr.2 ukazuje diagram pro teplotu, dosaženou částicemi uhlíku a plazmovým/nosným plynem v plazmové zóně,jako funkci času. Obr.3 ukazuje v tabulce 1 strukturální vlastnosti karbonové černi,stanovené ohybem paprsků X (nm). Na obr.4 ukazuje tabulka 2 hodnoty pro La, Lc a d 002 spolu s dobou pobytu a entalpií pro různé kvality sazí před a po tepelném zpracování. Na obr.5 ukazuje tabulka 3 hodnoty pro La, Lc a d 002 pro jeden typ sazí před a po tepelném zpracování v indukční peci a stejné saze po tepelném zpracování plazmovým způsobem podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Výkres zobrazuje základní koncept plazmového oblouku a umožňuje tak průměrnému odborníku rozvíjet technická řešení za použití známých prostředků. Plazmový oblouk může být navržen konvenčně. Jeden návrh je popsán v norském patentu číslo 174450 = PCT/N092/00195 -WO 93/12633 téhož přihlašovatele. Tento plazmový oblouk je zamýšlen pro dodávku energie do chemických procesů. Plazmový oblouk zobrazený na obrázku 1 je navržen s vnější elektrodou 1 a centrální elektrodou 2. Elektrody jsou válcového tvaru a jsou uspořádány souose jedna uvnitř druhé. Elektrody jsou pevné a jsou zhotoveny z materiálu s vysokým tavícím bodem s dobrou elektrickou vodivostí jako grafit. Chlazené kovové elektrody mohou být také užity. Do elektrod může být dodáván bud' stejnosměrný proud,nebo střídavý proud.
• · ·· ···· ···♦ • · ···· * ♦ ···· · • · · · · · · · · · ·· ···· ♦· -·♦ ·· ··
Kolem elektrod v oblasti působení elektrického oblouku je umístěna cívka 3, do které je dodáván stejnosměrný proud vytvářející axiální magnetické pole. Plazmový plyn může být dodáván prstencovým prostorem 4 mezi elektrodami. Plazmový plyn může být také nosným plynem pro částice uhlíku. Částice uhlíku takto prošlé elektrickým obloukem tak zajišťují, že jsou podrobeny jednotnému působení v plazmové zóně 9. Doba pobytu pro částice uhlíkových sazích v plazmové zóně 9 může být nastavena na základě rychlosti toku plynu pro plazmový plyn. Nosný plyn obsahující částice uhlíku může být dodáván otvorem 5 v centrální elektrodě 2 nebo zvláštním napájecím potrubím 6, které je umístěno souose v centrální elektrodě 2. Návrh napájecího potrubí je popsán v norském patentu číslo 174 180 =PCT/N092/00198 -WO 93/12643 stejného přihlašovatele. Toto napájecí potrubí je pohyblivé v axiálním směru pro umístění výstupu vzhledem k plazmové zóně 9. Doba pobytu pro částice uhlíkových sazí v plazmové zóně 9 může tím být nastavena na základě rychlosti toku plynu pro nosný plyn a prostřednictvím polohy napájecího potrubí vzhledem k plazmovému elektrickému oblouku. Jako třetí alternativa může být nosný plyn obsahující částice uhlíku dodáván jedním nebo více napájecími potrubími 7 při a pod zónou 9 elektrického oblouku. Několik napájecích potrubí může být umístěno podél obvodu reakční komory 8 v různých hladinách ve zvětšujících se vzdálenostech od elektrod plazmového oblouku 1,2. Doba pobytu pro částice uhlíkových sazí v plazmové zóně 9 tak může být nastavena v závislosti na tom, které napájecí potrubí je použito. Vysokoteplotní plazma je vytvářeno pomocí plynu, který je ohříván elektrickým obloukem, který hoří mezi elektrodami. V plazmové zóně tohoto druhu jsou dosahovány extrémně.vysoké teploty, od 3.000° C do 20.000°C a právě v této zóně je prováděno tepelné zpracování. Plazmový oblouk je proveden ve spojení s reakční komorou 8, kde může být tepelně zpracovaný materiál chlazen, např. dodávkou studeného ·· ·« ·· ···· ·· ·· • 9 · · ♦ · · 4 · · · ·· ♦ ·· · ···· ·· » · · · ·· ·♦· ♦ · • 0 · · · · · · · · ·· ·>·· ·· ·· ·· ·· plazmového plynu/nosného plynu, který je tím ohřát a může být recyklován a využit pro dodávku energie. Dodatečně nebo jako část chladícího plynu mohou být přidány specielní substance pro dosažení určitých chemických funkčních skupin na povrchu uhlíkových částic. Takové substance mohou být dodávány v oblasti, kde klesla teplota na specifickou úroveň. Takové substance mohou být také dodávány v následující komoře. Zbytek zařízení je známého konvenčního typu, který zahrnuje chladič stejně jako oddělovací zařízení, které může sestávat z cyklonu nebo filtračního přístroje, kde je oddělován uhlík. Návrh takového uspořádání je popsán v norském patentu č. 176968 =PCT/NO93/00057 -WO 93/20153 stejného přihlašovatele. Způsob je vysoce intenzívní a bez nečistot. Způsob může být veden jako způsob kontinuelní nebo může být prováděn přerušovaně. Způsob může být použit ve spojení s dosavadními způsoby, např. způsobem olejové pece nebo způsobem plazmovým. Může být také použit integrované v plazmovém způsobu pro Výrobu sazí jak byl vyvinut stejným přihlašovatelem a popsán v norském patentu číslo 175718 =PCT/N092/00196 -WO 93/12030. Podle tohoto způsobu jsou uhlovodíky rozkládány pomocí energie plazmového oblouku na uhlíkovou část a vodík, který je dodáván v následujících stupních do komory reaktoru s teplotními zónami pro regulaci a řízení kvality získaného produktu. V reaktoru mohou být instalovány 1 nebo více dodatečných plazmových oblouků, kde způsob tepelného zpracování podle 'vynálezu může být prováděn na vytvořených sazích. Hrubá entalpie od 1 do 10 kwh/kg, přednostně mezi 2 až 6 kWh/kg, je přiváděna do částic sazí, které mají dobu pobytu v plazmové zóně menší než 0,1 sekundy a zvláště menší než 0,07 sekundy. To dává částicím uhlíkové sazi teplotu do, ale ne přes teplotu sublimace uhlíku, která je 3 700° C. Hrubá entalpie, která je přiváděna, způsobuje zvýšení celkové energie systému. Jak ohřátí sazí plazmového plynu a nosného plynu, tak ztráta tepla jsou zahrnuty do celkové
·« to · to · • · · · ·· ·· ·· ·· 9 · · • to ·· • · • to ·· rovnováhy. Pro zabránění odpařování/sublimace sazí nesmi být zahříváno na teploty přes 3 700° C. Celková energie dodávaná částici sazí může být vyjádřena rovnicí: Ag = Δη - T Δε, kde Ag = Gibbsova volná energie = celková dodaná energie, ΔΗ = entalpie = tepelná energie, T = teplota v K, Δ3 = entropie. Hodnoty entalpie pro uhlík ukazují, že ΔΗ může být kolem maxima 2 kWh/kg, aby byla udržena teplota pod 3.700° C. Důvodem, proč dodávka více energie nezpůsobuje odpařování je, že tepelné zpracování zajišťuje více pravidelnou strukturu, která obráceně znamená, že entropie částic klesá. Tak bude možné pro ΔΗ ve shora uvedené rovnici bude pod 2 kWh/kg, i když dodávaná energie (ΔΟ je větší, než 2 kWh/kg. Doba pobytu má být chápána jako čas, který uplyne, když jsou částice sazí vystaveny v počáteční fázi převodu pro absorbci energie v nebo při plazmové zóně nebo zóně elektrického oblouku, částice uhlíku mají vyšší stupeň intenzity vyzařování, e > 0,9 a v průběhu velmi krátké doby, která může být měřena v milisekundách, dosahují teploty přes 3 000° C v důsledku radiace tepla z elektrického oblouku a možná také z elektrod. V průběhu velice krátké doby převádí částice uhlíku část své absorbované energie do plazmového a/nebo nosného plynu pomocí radiace tepla a vedení tepla. Plazmový a nosný plyn mají malou vyzařovací schopnost, e < 0,1 a tak dosahuje výsledná teplota částic sazí a plazmový/nosný plyn úrovně menší než 2 000° C. Entalpie přivedená a doby pobytu jsou nastaveny, aby zajistily, že částice uhlíku nedosahují teploty, která je příliš vysoká, aby sublimovaly, takže teplota musí být udržována pod 3 700° C.
Obr.2 ukazuje diagram pro teplotu, dosaženou částicemi uhlíku a plazmovým/nosným plynem v plazmové zóně jako funkci času. Plná čára ukazuje teplotu jako funkci času pro částice uhlíku a tečkovaná ukazuje teplotu jako funkce času pro plazmový/nosný plýn při dané hrubé entalpii v rozsahu od 5 kWh/kg sazí. Na obr.3 ukazuje tabulka 1 strukturální vlastnosti karbonové černi ·· stanovené ohybem paprsků X (nm). Na obr.4 ukazuje tabulka 2 hodnoty pro La, Lc a d 002 spolu s dobou pobytu a entalpií pro různé kvality sazí před a po tepelném zpracování se shora uvedenými parametry v plazmové zóně a s použitím různých typů plazmového plynu. V průběhu tepelného zpracování budou chemické funkční skupiny a nečistoty připojené nebo vázáné na povrch částic uhlíku redukovány nebo odstraněny. Tepelné zpracování vede k dramatické redukci povrchové aktivity vztažené na uvolnění chemicky vázaného vodíku z úrovně 2.500 ppm na přibližně 100 ppm nebo méně. Pro dosažení specielních chemických funkčních skupin na povrchu částic uhlíku mohou být přidány specielní substance k plazmovému plynu a/nebo nosnému plynu. Tyto mohou být okysličujícími médiijako je CO2, CO, O2, vzduch a H2O nebo redukčními médii,jako H2, halogeny, kyseliny, atd. Saze tepelně zpracované podle způsobu podle vynálezu mohou být srovnávány se sazemi tepelně zpracovanými po několik hodin v indukční peci. Na obr.5 ukazuje tabulka 3 hodnoty pro La, Lc a d 002 pro jeden typ sazí před a po tepelném zpracování v indukční peci a stejné saze po tepelném zpracování plazmovým způsobem podle vynálezu. Pro tepelné zpracování v plazmové zóně jsou údaje o způsobu podle vynálezu následující, přičemž plazmový generátor a komora reaktoru jsou již popsány:
Přiváděný materiál: Uhlíkové saze 10 kg/h
Nosný plyn: Ar 3 Nm3/h
Plazmový plyn: Plyn podle způsobu: 3 Nm3/h
Tlak reaktoru: 2 bar
Přivedená entalpie: 2.9-4.8kWh/kg
Doba pobytu: 0.09 yéjž
Zpracovávaný plyn sestává z 50% H2, 1,5% CH4, 48% CO a 1,5% CO2. Teplota dosažená.částicemi uhlíku v plazmové zóně je menší, než 3 700° C a výsledná teplota pro saze a plyny je přibližně
000°C. Na obr.6 znázorněná tabulka 4 ukazuje hodnoty pro La, Lc a d 002 pro kvalitu sazí před a po tepelném zpracování v ·· ··»· • · · • « · »4 ··
9 9
9999
9 9 plazmové zóně podle vynálezu, kde jsou uplatněny 2 různé plazmové plyny. Cílem tepelného zpracování bude zajistit zlepšené vlastnosti materiálů, kde jsou saze užity jako přísada. V následující sekci je odkazováno na různé produkty, kde jsou použity specielní kvality sazí získané tepelným zpracováním podle vynálezu.
Baterie se suchým článkem:
V konvenčních bateriích se suchým článkem jsou použity acetylenové saze nebo alternativně specielní vodivé saze. Poslední zmíněné jsou vyráběny tradičním způsobem olejových pecí, po kterém následuje známá oxidace nebo etapa tepelného zpracování. Použití specielních kvalit přináší zvýšení kapacity elektrolytu, lepší charakteristiky nabíjení a pod., s takovým výsledkem, že tyto kvality dosahují vlastností blízko, ale ne na stejné úrovni jako acetylenové saze. Pomocí tepelného zpracování tradičně vyráběných kvalit sazí v plazmové zóně podle vynálezu je dosažen další stupeň pravidelnosti v nanostruktuře, což umožňuje dosažení hodnot, které jsou rovny nebo vyšší než ty, které jsou měřeny pro acetylenové saze.
Elektricky vodivé saze:
Série kvalit sazí jako vodivých, supervodivých a extravodivých byly vyvinuty pro specifická použití. Tyto zajišťují elektricky vodivé a antistatické vlastnosti pro směsi polymerů dokonce, když jsou přidány malé hodnoty. Tyto kvality uhlíkových sazí dávají optimální vodivost, neboť mají vysokou strukturu, vysokou porezitu, malý rozměr částic a chemicky čistý povrch. Těmito kvalitami zajišťuje tepelné zpracování podle vynálezu dokonce lepší stupeň vodivosti. Kvality tradičních sazi, které jsou použity, např. jako přísady v pryži, mohou být zvýšeny stejným způsobem na vodivé saze. Tepelné zpracování v plazmové zóně podle vynálezu bude čistit •4 4444
4 4 4 4' 4 4 4 4 4 44
Λ 4 4 4 4
• 4 4 4 4 ' 4 4 4 • 44 4
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
44 4444 44 44 44 44
povrch od kysličníků a nečistot a optimalizovat vnitřní vedení v částicích sazí zajištěním vyššího stupně grafitizace. Uhlíkové materiály negrafitické jako antracit, koks z motorového benzínu, koks z dehtu a jiné mohou být zpracovány způsobem podle vynálezu. Takové uhlíkaté materiály jsou například často použity jako elektrody a v výrobě zabezpečené proti požáru po grafitizačním procesu zahrnujícím tepelné zpracování v pražící peci. Tepelné zpracování podle vynálezu nabízí alternativu k tradičnímu procesu pražení a přinese průměrné vzdálenosti mezi grafitickými vrstvami, d 002 od hodnoty 0.344 nm níže k úrovni 0.335 nm jako v grafitu. V technologii tepelného zpracování palivových článků elektrodového materiálu bude podobný postup. V kyselině fosforu (PAFC) a pevném polymeru palivových článků (SPFC) je užit uhlík s platinovým katalyzátorem jako anodou a katodou. V této souvislosti je důležité, že elektrody mají dobrou elektrickou vodivost. Zvýšený stupeň grafitizace dosažený zvýšenou pravidelností nanostruktury pomocí tepelného zpracování uhlíkatých materiálů podle vynálezu bude znamenat zvýšení elektrické vodivosti materiálu.
Tepelně vodivé saze:
Dobrá tepelná vodivost je žádoucí výsměších polymerů, aby bylo zabráněno hromadění tepla a pro dosažení tohoto hrají podstatnou roli saze s dobrými tepelně vodivými vlastnostmi. Je známo, že základní vlastnost sazí, která přispívá k tomuto úkolu, je vysoký stupeň pravidelnosti, tj. grafitizace, s acetylenovou Černí jako nej lepší v tomto ohledu. Tepelné zpracování v plazmové zóně podle -vynálezu zajistí tento výsledek všem kvalitám známých tradičních sazí.

Claims (2)

  1. 00 0 004 0 0 00
    0 0 · 00 Φ Φ · ΦΦΦΦ Φ
    ΦΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦΦ φφ ΦΦΦΦ · · «Φ «0 ··
    Tabulka 1
    Strukturální vlastnosti karbonové černi stanovené ohybem paprsků X (nm):
    Kvalita La Lc d002 grafit referenční 0.335 termální saze 2.8 1.7 0.350 kanálové saze 1.9 1.4 0.353 pecní saze 2.0 1.7 0.355 acetylenové saze 2.7 2.6 0.343
    Obr. 3
    Tabulka
  2. 2 Strukturální vlastnosti uhlíkové černi určené ohybem paprsků (CNRS - Centrum výzkumu Pavla Pascala, 1994)
    O o <fl > > 0 r—1 u (ΰ n txl a
    CA cq O rH in CO co ΐ—1 cO M< M1 Mf sP Mi *. * K ·* *·. co co co CO co co co co co co co l> <£> o to CM CM o M< v—1 vH vH <—1 CM rH CM CM Tfi
    77z ··♦·
    Tabulka 3
    Strukturální vlastnosti pro saze stanovené ohybem paprsku X (nm):
    La Lc d 002 Nezpracované saze 4.0 2.2 0.355 Tepelné zpracované v indukční peci 7 5 0.341 Tepelné zpracované v plazma zóně 8,2 8 0.341
    Obr. 5 • · 9·· ·
    Tabulka 4
    Strukturální vlastnosti pro saze stanovené ohybem paprsku X (nm):
    La Lc d 002 plazmový plyn před tepelným zpracováním 4 2.2 3.55 po tepelném zpracování 6 .5 4.8 3.43 Ar po tepelném zpracování 6 .6 4.8 3.44 zpracovávaný plyn
    -i 1 Obr. 6
    Patentové nároky
    1. Způsob tepelného zpracování uhlíkatých materiálů pro získání zvýšené pravidelnosti v nanostruktuře částic uhlíku, zejména sazí, podle kterého jsou částice uhlíku dodávány do plazmové zóny pomocí nosného plynu, jsou následně zpracovány tepelným zpracováním v plazmové zóně a do částic uhlíku je přiváděna hrubá entalpie od 1 do 10 kWh/kg, vyznačený tím, že doba pobytu je v rozsahu 0,07 až 0,01 sekundy a poměr doby pobytu k entalpii v plazmové zóně (9) je upraven takovým způsobem, že částice uhlíku jsou zahřátý na teplotu, která zajišťuje zvýšenou pravidelnost v nanostruktuře a nepřesahuje 3700° C a tak zabraňuje sublimaci částic uhlíku.
    2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že doba pobytu částic uhlíku v plazmové zóně (9) je menší než 0,07 sekundy.
    3. Způsob podle nároků 1-2, vyznačený tím, že doba pobytu částic uhlíku v plazmové zóně (9) je upravena řízením rychlosti průtoku plynu pro plazmový plyn a/nebo nosný plyn nebo řízením rychlosti průtoku plynu pro nosný plyn a umístěním napájecí trubky (6) ve vztahu k plazmové zóně nebo výběrem napájecích trubek (7), které jsou užity pro přivádění částic uhlíku a nosného plynu.
    4. Způsob podle nároků 1-3, vyznačený tím, že následné zpracování je prováděno ve spojení s výrobním postupem.
    5 6 4
    Obr. 1 'V íW ·· ·· ···· ·· ·· • ·· · · · · · o · · · · · · · ·· • · « · · · · · · · · · · • · · · · · · ··· • · ···· · · ·· · · ··
    Teplota dosažená částicemi uhlíku a plazmovým plynem a nosným plynem v závislosti na čase
    Obr. 2
    3' ýZ /c^·--Z >/'„W • 0 00
    000· · Φ 0 0000
CZ199829A 1995-07-07 1996-07-05 Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku CZ292640B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO952725A NO302242B1 (no) 1995-07-07 1995-07-07 Fremgangsmåte for å oppnå en öket ordning av nanostrukturen i et karbonmateriale

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2998A3 true CZ2998A3 (cs) 1998-06-17
CZ292640B6 CZ292640B6 (cs) 2003-11-12

Family

ID=19898374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ199829A CZ292640B6 (cs) 1995-07-07 1996-07-05 Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku

Country Status (27)

Country Link
EP (1) EP0861300B1 (cs)
JP (1) JPH11513051A (cs)
KR (1) KR100404809B1 (cs)
CN (1) CN1082071C (cs)
AT (1) ATE197810T1 (cs)
AU (1) AU691760B2 (cs)
BG (1) BG63263B1 (cs)
BR (1) BR9609596A (cs)
CA (1) CA2226277C (cs)
CZ (1) CZ292640B6 (cs)
DE (1) DE69611100T2 (cs)
DK (1) DK0861300T3 (cs)
EG (1) EG20987A (cs)
ES (1) ES2154410T3 (cs)
GR (1) GR3035491T3 (cs)
HU (1) HU220125B (cs)
MA (1) MA23931A1 (cs)
MX (1) MX211049B (cs)
MY (1) MY120503A (cs)
NO (1) NO302242B1 (cs)
PL (1) PL184547B1 (cs)
PT (1) PT861300E (cs)
RO (1) RO118880B1 (cs)
RU (1) RU2163247C2 (cs)
SA (1) SA96170380B1 (cs)
SK (1) SK282609B6 (cs)
WO (1) WO1997003133A1 (cs)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000268828A (ja) * 1999-03-18 2000-09-29 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池
ATE310054T1 (de) 2000-09-19 2005-12-15 Vorrichtung und verfahren zur umwandlung eines kohlenstoffhaltigen rohstoffs in kohlenstoff mit einer definierten struktur
SG106651A1 (en) * 2001-11-27 2004-10-29 Univ Nanyang Field emission device and method of fabricating same
WO2005012438A1 (ja) * 2003-08-05 2005-02-10 Mitsubishi Chemical Corporation カーボンブラック
CN100436549C (zh) * 2003-08-05 2008-11-26 三菱化学株式会社 炭黑
US7820329B2 (en) 2004-03-18 2010-10-26 The Procter & Gamble Company Wafer alkaline cell
US7413828B2 (en) 2004-03-18 2008-08-19 The Gillette Company Wafer alkaline cell
US7531271B2 (en) 2004-03-18 2009-05-12 The Gillette Company Wafer alkaline cell
DE102005019301A1 (de) * 2005-04-26 2006-11-02 Timcal Sa Verfahren zur Weiterverarbeitung des bei der Fulleren- und Kohlenstoff-Nanostrukturen-Herstellung anfallenden Rückstandes
CN101411015A (zh) * 2006-03-29 2009-04-15 株式会社科特拉 燃料电池用导电性碳载体、燃料电池用电极催化剂以及具备该电极催化剂的固体高分子型燃料电池
HUE045319T2 (hu) 2011-12-22 2019-12-30 Cabot Corp Korom és annak alkalmazása ólom-sav elektródáiban
CN102585565B (zh) * 2012-03-19 2014-03-19 苏州宝化炭黑有限公司 一种色素炭黑制造方法及装置
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
US9574086B2 (en) 2014-01-31 2017-02-21 Monolith Materials, Inc. Plasma reactor
PL3100597T3 (pl) 2014-01-31 2023-10-23 Monolith Materials, Inc. Palnik plazmowy z elektrodami grafitowymi
CN107709474A (zh) 2015-02-03 2018-02-16 巨石材料公司 炭黑生成系统
US10618026B2 (en) 2015-02-03 2020-04-14 Monolith Materials, Inc. Regenerative cooling method and apparatus
JP2018522996A (ja) * 2015-04-30 2018-08-16 キャボット コーポレイションCabot Corporation 炭素コーティング粒子
CA3032246C (en) 2015-07-29 2023-12-12 Monolith Materials, Inc. Dc plasma torch electrical power design method and apparatus
MX2018002943A (es) 2015-09-09 2018-09-28 Monolith Mat Inc Grafeno circular de pocas capas.
EP3350855A4 (en) 2015-09-14 2019-08-07 Monolith Materials, Inc. Soot from natural gas
MX2018009245A (es) 2016-02-01 2018-11-15 Cabot Corp Caucho compuesto que tiene transferencia termica mejorada.
WO2017136196A1 (en) 2016-02-01 2017-08-10 Cabot Corporation Thermally conductive polymer compositions containing carbon black
CA3060565C (en) 2016-04-29 2024-03-12 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
CA3060482C (en) 2016-04-29 2023-04-11 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
EP3592810A4 (en) 2017-03-08 2021-01-27 Monolith Materials, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR THE PRODUCTION OF CARBON PARTICLES WITH HEAT TRANSFER GAS
CN115637064A (zh) 2017-04-20 2023-01-24 巨石材料公司 颗粒系统和方法
WO2019016322A1 (en) 2017-07-19 2019-01-24 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. THERMALLY CONDUCTIVE POLYMERS COMPRISING CARBON BLACK MATERIAL
EP3676335A4 (en) 2017-08-28 2021-03-31 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
CA3074220A1 (en) 2017-08-28 2019-03-07 Monolith Materials, Inc. Systems and methods for particle generation
CA3116989C (en) 2017-10-24 2024-04-02 Monolith Materials, Inc. Particle systems and methods
CN112812588A (zh) * 2021-01-22 2021-05-18 丰城黑豹炭黑有限公司 富氢气气体助产的热裂法炭黑生产工艺
KR102620381B1 (ko) * 2021-10-20 2024-01-03 오씨아이 주식회사 고결정성 카본블랙 및 이의 제조방법
KR102817058B1 (ko) * 2022-12-27 2025-06-04 오씨아이 주식회사 카본블랙의 후처리 방법 및 이에 의해 후처리된 카본블랙
KR102634889B1 (ko) * 2023-11-27 2024-02-08 한국화학연구원 혼합 폐플라스틱의 열분해 잔사물로부터 제조된 다공성 탄소 소재

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU458246A1 (ru) * 1968-11-04 1994-01-15 Институт металлургии им.Байкова АН СССР Способ получения сажи
DD292920A5 (de) * 1990-03-22 1991-08-14 Leipzig Chemieanlagen Verfahren zur herstellung eines hochwertigen russes
FR2701267B1 (fr) * 1993-02-05 1995-04-07 Schwob Yvan Procédé pour la fabrication de suies carbonées à microstructures définies.
GB2275017B (en) * 1993-02-10 1997-03-12 Courtaulds Packaging Ltd Coextruded multilayer sheet and tube made therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
PL324395A1 (en) 1998-05-25
EG20987A (en) 2000-08-30
PL184547B1 (pl) 2002-11-29
GR3035491T3 (en) 2001-05-31
HUP9802130A1 (hu) 1999-01-28
HU220125B (hu) 2001-11-28
DK0861300T3 (da) 2001-03-05
KR100404809B1 (ko) 2005-06-16
KR19990028749A (ko) 1999-04-15
CA2226277C (en) 2008-03-11
BG63263B1 (bg) 2001-07-31
AU691760B2 (en) 1998-05-21
DE69611100T2 (de) 2001-06-13
RU2163247C2 (ru) 2001-02-20
MA23931A1 (fr) 1997-04-01
ES2154410T3 (es) 2001-04-01
MX211049B (es) 2002-10-28
SA96170380B1 (ar) 2006-04-25
JPH11513051A (ja) 1999-11-09
NO952725D0 (no) 1995-07-07
BG102232A (en) 1999-02-26
DE69611100D1 (de) 2001-01-04
CA2226277A1 (en) 1997-01-30
SK2198A3 (en) 1998-09-09
CN1148065A (zh) 1997-04-23
EP0861300A1 (en) 1998-09-02
SK282609B6 (sk) 2002-10-08
WO1997003133A1 (en) 1997-01-30
MY120503A (en) 2005-11-30
RO118880B1 (ro) 2003-12-30
NO952725L (no) 1997-01-08
CZ292640B6 (cs) 2003-11-12
NO302242B1 (no) 1998-02-09
EP0861300B1 (en) 2000-11-29
AU6370596A (en) 1997-02-10
ATE197810T1 (de) 2000-12-15
HUP9802130A3 (en) 1999-09-28
MX9800038A (es) 1998-08-30
PT861300E (pt) 2001-05-31
CN1082071C (zh) 2002-04-03
BR9609596A (pt) 2005-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ2998A3 (cs) Způsob tepelného zpracování uhlíkatých materiálů
CN102459727B (zh) 还原碳氧化合物生成固态碳的方法
CN113964313B (zh) 硅基负极材料和锂离子电池
NO20170575A1 (en) Method for producing activated carbon
US8673259B2 (en) Apparatus and method for substrate and gas heating during chemical vapor deposition nanotube synthesis
JP2017503738A (ja) ナノスケールのフィラメント構造を有するSiOxの調製のためのプロセス及びリチウムイオンバッテリにおける陽極材料としてのその使用
CN118771351B (zh) 一种快速制备硬碳负极材料的方法及所得产品和钠离子电池
JP5212682B2 (ja) リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法
Dadsetan et al. Carbon film produced from microwave-driven methane pyrolysis
JP5230117B2 (ja) 黒鉛粒子の製造方法
CN114639815A (zh) 钠离子电池负极材料的制备方法、负极片及钠离子电池
JPH10292126A (ja) カーボンブラックの製造方法
JP5321880B2 (ja) ナノ炭素材料複合体
JPH10168337A (ja) カーボンブラックの製造方法
CN118027711A (zh) 一种热裂解烃制备碳黑与氢气的装置及其方法
HK40081867B (en) Composition of matter for the production of graphite powder
WO2025088440A1 (en) A method for producing a carbon enriched material
Lin Structure evolution of carbon microspheres from solid to hollow
CN119370830A (zh) 纳米碳笼及其制备方法和应用
HK40081867A (en) Composition of matter for the production of graphite powder
EA050439B1 (ru) Композиция для производства графитового порошка
KR20240042582A (ko) 흑연 분말의 제조를 위한 물질의 조성물
CN120758907A (zh) 一种面向固碳利用的废塑料资源化电催化剂制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20090705