DE102009040818A1 - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen, in welchen a) ein Polykondensat, erhalten aus einem Aldehyd und einem aromatischen Alkohol, pyrolisiert wird, b) das Produkt während oder nach der Pyrolyse mit Wasserdampf, Stickstoff, CO, Luft, Sauerstoff oder einem Gemisch der voranstehenden behandelt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen sowie Kohlenstoff-Schaumstoffe, die nach diesem Verfahren erhältlich sind.
  • In der EP 0 994 912 wird ein offenzelliger organischer Kohlenstoffschaum offenbart. Dieser Schaum kann aus einem organischen Gel hergestellt werden, welches erhalten wird aus einem Reaktionsgemisch aus einer oder mehrerer hydroxylierter Benzolverbindungen, einem oder mehrerer Aldehyde, Katalysatoren und Wasser, wobei das Molverhältnis von hydroxylierter Benzolverbindung zu Katalysator, R/C, größer als 2000 ist. Das Reaktionsgemisch wird unter Bildung eines organischen Gels erhitzt, in einem nachfolgenden Reaktionsschritt wird das Wasser aus dem gebildeten Gel entfernt und ein offenporiger organischer Schaum mit geringer Dichte erhalten. In einem Nachbehandlungsschritt kann dieser Schaum Pyrolyse-Bedingungen unterworfen, wobei ein offenporiger karbonisierter Kohlenstoffschaum erhalten wurde. Dieser Schaum wurde als Elektrodenmaterial eingesetzt.
  • In der DE 102 43 240 wird ein weiterer offenporiger Schaumstoff auf Kohlenstoffbasis offenbart, welcher eine mittlere Zellgröße über 20 μm, einer auf diese Zellgröße bezogene Porosität zwischen 35 Prozent und 99,5 Prozent sowie eine Offenzelligkeit über 90 Prozent, eine innere Oberfläche über 50 m2/g aufweist sowie Zellstege, die im Querschnitt ein Dreieck mit nach innen gekrümmten Seiten aufweisen und Poren im Zellgerüstmaterial mit Abmessungen von 0,2 nm bis 50 nm und einem inneren Volumen von 0,01 cm3/g bis 0,8 cm3/g. Die offenbarten Schaumstoffe werden aus Polymermaterialien mit einem Stickstoffgehalt über 6 Masse% erhalten, üblicherweise aus Harnstoff-Formaldehyd oder Polyurethanharzen.
  • In US 7,419,649 werden weitere poröse Kunststoffmaterialien offenbart, die Mikroporen, Mesoporen und auch Makroporen aufweisen. Zur Herstellung dieser Kohlenstoffschäume werden Phenol-Formaldehydkondensate eingesetzt, die bei Temperaturen über 1 000°C pyrolisiert werden. Die offenbarten Materialien werden u. a. in Anlagen zur Energiespeicherung, in der Regel als Kondensatoren eingesetzt.
  • Die im Stand der Technik offenbarten Materialien zeigen aufgrund ihrer großen Oberfläche und des geringen spezifischen Gewichts vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Nachteilig ist, dass der Herstellungsweg relativ aufwendig und somit kostenintensiv ist.
  • Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffschäumen zur Verfügung zu stellen, das eine vereinfachte Herstellungsweise ermöglicht und Materialien liefert, die weiterverbesserte Eigenschaften aufweisen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen, in welchem
    • a) ein Polykondensat, erhalten aus einem Aldehyd und einem aromatischen Alkohol, pyrolysiert wird,
    • b) das Polykondensat oder das aus Schritt a) erhaltene Produkt mit Wasserdampf, Luft, Stickstoff, CO2, Sauerstoff oder einem Gemisch der Voranstehenden behandelt wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kohlenstoff-Schaumstoff, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, auf einfache und kostensparende Weise Kohlenstoff-Schaumstoffe zu erhalten.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Schaumstoffe werden für den ersten Verfahrensschritt (a) Polykondensate aus einem Aldehyd und einem aromatischen Alkohol hergestellt. Sofern erhältlich, können auch kommerziell erhältliche Polykondensate eingesetzt werden.
  • Zur Herstellung der Polykondensate geht man von aromatischen Alkoholen, wie z. B. Phenol, Resorcinol, Katechin, Hydrochinon und Phloroglucinol, und Aldehyden, wie z. B. Formaldehyd, Glyoxal, Glutaraldehyd oder Furfural, aus. Ein häufig eingesetztes und auch bevorzugtes Reaktionsgemisch sind Resorcinol (1,3-dihydroxybenzol), und Formaldehyd, die unter alkalischen Bedingungen unter Bildung eines gelartigen Polykondensats miteinander reagieren. Die Polykondensation wird üblicherweise in einer wässrigen Lösung durchgeführt. Geeignete Katalysatoren sind in Wasser alkalisch reagierende Salze, wie Natriumkarbonat, oder auch anorganische Säuren, wie Trifluoressigsäure. Zur Herstellung des Polykondensats kann die Reaktionslösung erwärmt werden. Üblicherweise wird die Polykondensationsreaktion bei einer Temperatur oberhalb von Raumtemperatur, vorzugsweise zwischen 40°C und 90°C durchgeführt.
  • Die Geschwindigkeit der Polykondensationsreaktion sowie der Vernetzungsgrad des erhaltenen Gels kann beispielsweise durch Einstellung des Verhältnisses von aromatischem Alkohol zu Katalysator beeinflusst werden. Der Fachmann wird auf Grund seines Fachwissens die Komponenten in geeigneten Mengenverhältnissen einsetzen
  • Das erhaltene Polykondensat kann ohne Vortrocknung weiter verarbeitet werden. In einer möglichen Ausführungsform kann es auch vorgetrocknet werden, das enthaltene Lösungswasser kann ganz oder teilweise entfernt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Lösungsmittel nicht vollständig zu entfernen. In Abhängigkeit von der Menge des erhaltenen Polykondensats kann dieses als solches der Pyrolyse unterworfen werden.
  • Um ein Granulat mit gewünschter Korngröße herstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Polykondensat vor der weiteren Verarbeitung zerkleinert wird. Die Zerkleinerung des Polykondensats kann mit üblichen mechanischen Zerkleinerugnsverfahren oder Reiben durchgeführt werden, wobei eine solche Vorrichtung bevorzugt ist, mit welcher das Polykondensat abgespant, gehobelt oder geschnitten wird. Dadurch werden Granulate mit einer gewünschten Teilchengrößenverteiltung erhalten, die Bildung von pulverförmigen Anteilen kann weitgehend vermieden werden.
  • Das, ggf. zerkleinerte, Polykondensat wird anschließend der Pyrolyse unterworfen. Die Pyrolyse kann auch als Karbonisierung bezeichnet werden. Zur Durchführung der Pyrolyse wird das ggf. zerkleinerte Polykondensat auf eine Temperatur zwischen 300°C und 1.500°C, vorzugsweise zwischen 700°C und 1.000°C, erhitzt. Durch die Pyrolysebehandlung bildet sich der poröse Kohlenstoffschaum.
  • Es wird ein Kunststoffschaum erhalten, d. h. ein poröses Material mit geringer Dichte. Der erhaltene Schaum ist üblicherweise ein offenzelliger Schaum, wobei auch geschlossene Zellen enthalten sein können. Bevorzugt ist es, einen offenzelligen Schaum zu erhalten, d. h. einen Schaum, in welchem die einzelnen Poren nicht abgeschlossen und zum großen Teil miteinander verbunden sind, sodass eingeschlossenes Gas bzw. Flüssigkeit entweichen und wieder eintreten kann.
  • Der erhaltene Kohlenstoffschaum weist Mikroporen, Mesoporen und Makroporen auf. Mikroporen sind Poren mit einem Porendurchmesser von kleiner als etwa 2 nm, Mesoporen haben in der Regel einen Porendurchmesser von etwa 2 bis etwa 50 nm und Makroporen einen Durchmesser von etwa 50 nm bis etwa 100 nm. Die Übergänge bei den Größenangaben können jedoch fließend sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Schäume hergestellt werden, die eine BET-Oberfläche über 2000 m2/g aufweisen. Die innere Oberfläche des erfindungsgemäß hergestellten Kohlenstoffschaums beträgt vorzugsweise von 500 m2/g bis 2500 m2/g. Das Gesamtporenvolumen der erhaltenen Schäume beträgt vorzugsweise von 1 cm3/g bis 4 cm3/g.
  • Die möglichen Einsatzgebiete des erfindungsgemäß erhaltenen Kohlenstoffschaums liegen in der Filterung und Absorption von gasförmigen, flüssigen und festen Substanzen. Das Absorptionsvermögen der erfindungsgemäßen Kohlenstoffschäume kann u. a. durch das Verhältnis von Mikroporenvolumen zu Mesoporenvolumen bestimmt werden. Dieses Verhältnis liegt vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:8, vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:6, bestimmt aus Stickstoff-Physisorptionsmessungen.
  • Eine Möglichkeit, die Eigenschaften, wie das Porenvolumen und/oder die Oberflächen- und/oder Porenradienverteilung, des erfindungsgemäß hergestellten Kohlenstoffschaums zu beeinflussen, besteht darin, das Polykondensat vor oder während der Pyrolyse oder das aus der Pyrolyse erhaltene Produkt mit Wasserdampf, Luft, CO2, Sauerstoff oder einem Gasgemisch, die ggf. mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas verdünnt werden können, zu behandeln. In einer möglichen Ausführungsform wird die Pyrolyse in Gegenwart der genannten Gase oder bzw. Gasgemische durchgeführt, wobei es sich als besonders bevorzugt erwiesen hat, ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserdampf zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, das zur Aktivierung verwendete Stickstoffgas vor der Einleitung in die Reaktionsapparatur durch Wasser oder Wasserdampf hindurchzuleiten.
  • In einer möglichen Ausführungsform wird das erhaltene Polykondensat vor der Weiterverarbeitung mit einem leicht flüchtigen organischen Lösungsmittel, wie Aceton, oder einem Gas, wie überkritischem CO2 behandelt, um das Porenwasser aus der Polykondensationsreaktion zu entfernen. In Verfahren aus dem Stand der Technik wird dieser Schritt empfohlen, um die Mesoporen zu stabilisieren. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann auf diesen Schritt verzichtet werden, die Mesoporen bleiben auch nach einer Aktivierung erhalten, was das Verfahren verkürzt und es somit kostengünstiger wird.
  • Beispiele
  • Beispiel 1:
  • Vereinfachte und kostengünstige Herstellung von Resorcin-Formaldehyd-Polykondensat
  • 60,0 g Resorcin, puriss. 98,5–100,5% (Riedel-de Haen, Katalog-Nr.: RdH 16101-1 KG) = 545 mmol wurden in einer Polyethylen-Flasche (500 ml) mit 275 g deionisiertem Wasser, 88,45 g Formalin-Lösung 37% (Fluka) = 1090 mmol und 83 mg wasserfreiem Natriumcarbonat (Fluka) = 0,78 mmol versetzt und zu einer klaren Lösung aufgelöst.
  • Die Flasche wurde verschlossen und in ein Becherglas (600 ml) gestellt, anschließend in einen auf 90°C temperierten Umluftofen eingebracht und 16 Stunden darin aufbewahrt. Daraufhin wurde die Flasche aus dem Ofen entfernt und nach Abkühlung auf Raumtemperatur das darin befindliche rotbraune Polykondensat entnommen.
  • Das weiche Produkt wurde mit einem Spatel in grobe Stücke zerstoßen, in einen flachen Aluminiumtopf (Durchmesser 16 cm) gefüllt und in einem Umluftofen mit hohem Luftdurchsatz bei 50°C 4 Stunden vorgetrocknet.
    • Auswage: 267,9 g noch feuchtes, aber bereits sprödes Material
  • Das abgekühlte Material wurde mit einer Trommelreibe zu rotbraunem Granulat (Partikelgröße max. 3 mm) zerrieben.
  • Beispiel 1a:
  • Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoffs (Carbonisierung ohne Aktivierung)
  • 12,4 g des granulierten Resorcin-Formaldehyd-Polykondensats aus Beispiel 1 wurden in ein Quarzrohr gefüllt und dieses in einen Labor-Drehrohrofen eingesetzt. Das Rohr wurde in der Aufheizphase zunächst nicht bewegt.
  • Das Quarzrohr wurde mit Stickstoff gespült und in einem ständigen N2-Strom mit einer Aufheizrate von 4 K/min von Raumtemperatur auf 250°C erhitzt und 1 h bei dieser Temperatur gehalten. Dann wurde mit 4 K/min auf 800°C erhitzt und beim Erreichen der Temperatur die Drehmechanik des Ofens eingeschaltet.
  • Das Quarzrohr wurde 30 min bei 800°C im Stickstoffstrom bewegt.
  • Anschließend wurde unter Schutzgas auf Raumtemperatur abgekühlt und der erhaltene Kohlenstoff-Schaumstoff an der Luft abgefüllt.
    • Ausbeute: 1,88 g (Umrechnung: 1 Kg Resorcin liefert 677 g Kohlenstoff-Schaumstoff)
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 659 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 1,19 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:4,89
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 32 nm
  • Beispiel 1b:
  • Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoffs mit hoher spezifischer Oberfläche (Carbonisierung und Wasserdampf-Aktivierung 15 min bei 880°C)
  • 47,24 g des granulierten Resorcin-Formaldehyd-Polykondensats aus Beispiel 1 wurden in ein Quarzrohr gefüllt und dieses in einen Labor-Drehrohrofen eingesetzt. Das Rohr wurde in der Aufheizphase zunächst nicht bewegt.
  • Das Quarzrohr wurde mit Stickstoff gespült und in einem ständigen N2-Strom mit einer Aufheizrate von 4 K/min von Raumtemperatur auf 880°C erhitzt. Beim Erreichen dieser Temperatur wurde die Drehmechanik des Ofens eingeschaltet. Das Stickstoff-Schutzgas wurde nun durch schwach siedendes Wasser geleitet, bevor es in das Ofenrohr gelangte. Die Gaseinleitbereich des Quarz-Ofenrohres wurde beheizt, um zu verhindern, dass dort Wasser kondensiert.
  • Das Quarzrohr wurde 15 min bei 880°C unter Einleitung von feuchtem Stickstoff (1,5 l/min) bewegt.
  • Anschließend wurde unter trockenem Stickstoff auf Raumtemperatur abgekühlt und der erhaltene Kohlenstoff-Schaumstoff an der Luft abgefüllt.
  • Zeitaufwand (vom Ansetzen der Polymerlösung bis zum Erhalt der aktivierten Kohle): 1 ½ Tage
    • Ausbeute: 5,73 g (Umrechnung: 1 Kg Resorcin liefert 542 g Kohlenstoff-Schaumstoff)
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 992 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 1,65 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:3,80
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 33 nm
  • Beispiel 1c:
  • Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoffs mit hoher spezifischer Oberfläche (Carbonisierung und Wasserdampf-Aktivierung 30 min bei 880°C)
  • Die Durchführung erfolgte analog Beispiel 1b, jedoch wurde hier 30 min (anstelle 15 min) bei 880°C mit feuchtem Stickstoff aktiviert.
  • Einsatz Resorcin-Formaldehyd-Polykondensat aus Beispiel 1: 51,1 g
    • Ausbeute: 5,38 g Kohle (Umrechnung: 1 Kg Resorcin liefert 470 g Kohlenstoff-Schaumstoff)
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 1254 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 1,93 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:3,55
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 33 nm
  • Beispiel 1d:
  • Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoffs mit hoher spezifischer Oberfläche (Carbonisierung und Wasserdampf-Aktivierung 60 min bei 880°C)
  • Die Durchführung erfolgte analog Beispiel 1b, jedoch wurde hier 60 min (anstelle 15 min) bei 880°C mit feuchtem Stickstoff aktiviert.
  • Einsatz Resorcin-Formaldehyd-Polykondensat aus Beispiel 1: 51,04 g
    • Ausbeute: 3,62 g Kohle (Umrechnung: 1 Kg Resorcin liefert 317 g Kohlenstoff-Schaumstoff)
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 1720 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 2,53 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:3,49
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 24 nm
  • Beispiel 1e:
  • Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoffs mit hoher spezifischer Oberfläche (Carbonisierung und Wasserdampf-Aktivierung 105 min bei 880°C)
  • Die Durchführung erfolgte analog Beispiel 1b, jedoch wurde hier 105 min (anstelle 15 min) bei 880°C mit feuchtem Stickstoff aktiviert.
    • Ausbeute: 2,11 g Kohle (Umrechnung: 1 Kg Resorcin liefert 180 g Kohlenstoff-Schaumstoff)
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 2254 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 3,23 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:4,19
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 25 nm
  • Isotherm Plot N2-Physisorptionsanalyse
    Figure 00080001
  • Beispiel 2:
  • Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoffs aus kostengünstigem Resorcin geringer Reinheit
  • 25,85 g Resorcin (Reinheitsgrad 98%) = 230 mmol wurden in einer Polyethylen-Flasche (250 ml) mit 118,5 g deionisiertem Wasser, 37,40 g Formalin-Lösung 37% (Fluka) = 461 mmol und 36 mg wasserfreiem Natriumcarbonat (Fluka) = 0,34 mmol versetzt und zu einer klaren Lösung aufgelöst.
  • Die Flasche wurde verschlossen und in ein Becherglas gestellt, anschließend in einen auf 90°C temperierten Umluftofen eingebracht und 16 Stunden darin aufbewahrt. Daraufhin wurde die Flasche aus dem Ofen entfernt und nach Abkühlung auf Raumtemperatur das darin befindliche rotbraune Polykondensat entnommen.
  • Das weiche Produkt wurde mit einem Spatel in grobe Stücke zerstoßen, in einen flachen Aluminiumtopf (Durchmesser 16 cm) gefüllt und in einem Umluftofen mit hohem Luftdurchsatz bei 50°C 4 Stunden vorgetrocknet.
    • Auswage: 99,4 g
  • Das abgekühlte Material wurde mit einer Trommelreibe zu rotbraunem Granulat (Partikelgröße max. 3 mm) zerrieben.
  • 39,05 g des granulierten Resorcin-Formaldehyd-Polykondensats wurden in ein Quarzrohr gefüllt und dieses in einen Labor-Drehrohrofen eingesetzt. Das Rohr wurde in der Aufheizphase zunächst nicht bewegt.
  • Das Quarzrohr wurde mit Stickstoff gespült und in einem ständigen N2-Strom mit einer Aufheizrate von 4 K/min von Raumtemperatur auf 880°C erhitzt. Beim Erreichen dieser Temperatur wurde die Drehmechanik des Ofens eingeschaltet. Das Stickstoff-Schutzgas wurde nun durch schwach siedendes Wasser geleitet, bevor es in das Ofenrohr gelangte. Die Gaseinleitbereich des Quarz-Ofenrohres wurde beheizt, um zu verhindern, dass dort Wasser kondensiert.
  • Das Quarzrohr wurde 60 min bei 880°C unter Einleitung von feuchtem Stickstoff (1,5 l/min) bewegt.
  • Anschließend wurde unter trockenem Stickstoff auf Raumtemperatur abgekühlt und der erhaltene Kohlenstoff-Schaumstoff an der Luft abgefüllt.
    • Ausbeute: 3,12 g schwarzes Granulat
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 1843 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 2,72 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:3,64
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 24 nm
  • Beispiel 3:
  • Vereinfachte und kostengünstige Herstellung eines Kohlenstoff-Schaumstoff mit kleineren Mesoporen (vgl. Beispiel 1d)
  • 35,0 g Resorcin, puriss. (Riedel-de Haen, Katalog-Nr.: RdH 16101) = 318 mmol wurden in einer Polyethylen-Flasche (250 ml) mit 24,5 g deionisiertem Wasser, 51,65 g Formalin-Lösung 37% (Fluka) = 636 mmol und 66,5 mg wasserfreiem Natriumcarbonat (Fluka) = 0,63 mmol versetzt und zu einer klaren Lösung aufgelöst.
  • Die Flasche wurde verschlossen und in ein Becherglas gestellt, anschließend in einen auf 90°C temperierten Umluftofen eingebracht und 16 Stunden darin aufbewahrt. Daraufhin wurde die Flasche aus dem Ofen entfernt und nach Abkühlung auf Raumtemperatur das darin befindliche rotbraune Polykondensat entnommen.
  • Der feste glasartige Block wurde mit einem Hammer zerstoßen und in grobe Stücke zerteilt, in einen flachen Aluminiumtopf (Durchmesser 16 cm) gefüllt und in einem Umluftofen mit hohem Luftdurchsatz bei 50°C 4 Stunden vorgetrocknet.
    • Auswage: 59,23 g
  • Das abgekühlte Material wurde mit einer Trommelreibe zu rotbraunem Granulat (Partikelgröße max. 3 mm) zerrieben.
  • 18,54 g des granulierten Resorcin-Formaldehyd-Polykondensats wurden in ein Quarzrohr gefüllt und dieses in einen Labor-Drehrohrofen eingesetzt. Das Rohr wurde in der Aufheizphase zunächst nicht bewegt.
  • Das Quarzrohr wurde mit Stickstoff gespült und in einem ständigen N2-Strom mit einer Aufheizrate von 4 K/min von Raumtemperatur auf 880°C erhitzt. Beim Erreichen dieser Temperatur wurde die Drehmechanik des Ofens eingeschaltet. Das Stickstoff-Schutzgas wurde nun durch schwach siedendes Wasser geleitet, bevor es in das Ofenrohr gelangte. Die Gaseinleitbereich des Quarz-Ofenrohres wurde beheizt, um zu verhindern, dass dort Wasser kondensiert.
  • Das Quarzrohr wurde 60 min bei 880°C unter Einleitung von feuchtem Stickstoff (1,5 l/min) bewegt.
  • Anschließend wurde unter trockenem Stickstoff auf Raumtemperatur abgekühlt und der erhaltene Kohlenstoff-Schaumstoff an der Luft abgefüllt.
    • Ausbeute: 3,62 g schwarzes Granulat (Umrechnung: 1 Kg Resorcin liefert 330 g Kohlenstoff-Schaumstoff)
  • N2-Physisorptionsanalysen:
    • BET-Oberfläche: 1628 m2/g
    • Porenvolumen (Single Point Total Pore Volume): 1,56 cm3/g
    • Verhältnis Mikroporenvolumen:Mesoporenvolumen (ermittelt aus Stickstoff-Physiosorptionsmessungen: 1:1,83
    • Mesoporendurchmesser (aus BJH-Desorptionsmessung): Maximum bei 8 nm
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0994912 [0002]
    • DE 10243240 [0003]
    • US 7419649 [0004]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen, in welchen a) ein Polykondensat erhalten aus einem Aldehyd und einem aromatischen Alkohol pyrolisiert wird, b) das Produkt während oder nach der Pyrolyse mit Wasserdampf, Stickstoff, CO2, Luft, Sauerstoff oder einem Gemisch der voranstehenden behandelt wird.
  2. Verfahren nach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Pyrolyse erhaltene Produkt zerkleinert, vorzugsweise durch Spanen, Schneiden oder Hobeln wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat erhalten wurde aus Formaldehyd und Resorcin.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse bei einer Temperatur zwischen 300°C und 1500°C, vorzgwesie von 700°C bis 1.500°C.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat aus einer wässrigen Lösung der Ausgangsprodukte erhalten wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse in Gegenwart von Stickstoff oder in Gegenwart von mit Wasserdampf versetztem Stickstoff durchgeführt wird.
  7. Kohlenstoff-Schaumstoff erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine BET-Oberfläche zwischen 500 und 2 500 m2/g aufweist.
  8. Kohlenstoff-Schaumstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtporenvolumen zwischen 0,5 und 4 cm3/g, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3,0 liegt.
  9. Kohlenstoff-Schaumstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff Mikroporen mit einer Porengröße unter 2 nm aufweist und Mesoporen mit einer Porengrößen zwischen 2 nm und 50 nm im Durchmesser, wobei das Verhältnis von Mikroporenvolumen zu Mesoporenvolumen von 1:1 bis 1:8, vorzugsweise von 1:1 bis 1:6, beträgt.
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