PL183280B1 - Sposób karbonizacji polimerów porowatych i piec rurowy do karbonizacji polimerów porowatych - Google Patents

Abstract

Sposób karbonizacji polimerów porowatych polegający na ogrzewaniu polimerów w środowisku gazowym, znamienny tym, że rozdrobniony polimer kontaktuje się z gorącym medium o temperaturze 300-800°C, zawierającym 1-5% objętościowych tlenku węgla, po czym podnosi się temperaturę medium. 5. Piec rurowy do karbonizacji polimerów porowatych nachylonych pod kątem do poziomu, zaopatrzony na powierzchniach czołowych w wejście i wyjście obrabianego materiału oraz posiadający w górnej części wylot, znamienny tym, że kanał roboczy (1) posiadaw dolnej części od dołu wlot usytuowany w odległości 0,2 - 0,4 długości kanału (1) od jego dolnego końca, przy czym pomiędzy wlotem (a wylotem (8) znajduje się źródło ciepła (9) obejmujące nie więcej niż połowę dostępnej długości kanału (1)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób karbonizacji polimerów porowatych i piec do karbonizacj i polimerów porowatych. W wyniku karbonizacji otrzymuj e się materiał węglowy przydatny szczególnie do sorpcji par lotnych rozpuszczalników'.

Znanych jest szereg metod otrzymywania materiałów węglowych na drodze chemicznej lub/i termicznej obróbki polimerów. W wyniku ogrzewania poli(chlorku winylidenu) w temperaturze powyżej 800°C w obojętnej atmosferze otrzymuje się cząstki węglowe o wymiarze około 0,1 pm. Natomiast cząstki o wymiarach 3-5 pm uzyskuje się w wyniku wygrzewania proszku poli(diwinylobenzenu) w atmosferze obojętnej w temperaturze 500°C.

Znane są także sposoby dwustopniowej karbonizacji, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 87261. W pierwszym etapie włókno polimerowe poddaje się działaniu bezwodnymi roztworami trifluorku boru w benzenie czy acetonie, po czym włókno suszy się i poddaje właściwej karbonizacji ogrzewając je do temperatury 300°C.

Znany jest także z polskiego zgłoszenia wynalazku P-291403 sposób otrzymywania sferycznych adsorbentów węglowych przez zwęglanie porowatych polimerów. Polega on na wstępnym sulfonowaniu porowatego polimeru a następnie powolnym ogrzewaniu w reaktorze fluidalnym w strumieniu gazu obojętnego.

Z polskiego opisu patentowego nr 83485 znany jest piec do wyżarzania materiałów węglowych. Składa się on z obrotowej rury nachylonej pod niewielkim kątem do poziomu, zaopatrzonej na powierzchniach czołowych we wlot i wylot obrabianego materiału. W dolnej powierzchni czołowej znajduje się palnik oraz wlot powietrza. W górnej powierzchni czołowej piec posiada otwór do wyprowadzania gazów spalinowych. Kierunek ruchu wsadu jest przeciwny do kierunku przepływu spalin. Znane są także piece współprądowe.

Znany j est także z polskiego opisu patentowego nr 109406 rurowy oporowy piec elektryczny opasany na 3/4 długości taśmą oporową, pokryty glinką kaolinową.

183 280

Istota sposobu karbonizacji polimerów porowatych według wynalazku polega na tym, że rozdrobniony polimer kontaktuje się z medium gazowym zawierającym 1-5% objętościowych tlenku węgla i będącym nośnikiem energii cieplnej. Medium gazowe korzystnie stanowią spaliny gazu ziemnego. Następnie podnosi się temperaturę medium aż do uzyskania wartości w granicach 300-800°C. Otrzymany materiał węglowy poddaje się korzystnie wygrzewaniu w atmosferze azotu w celu uzyskania określonych zmian strukturalnych w temperaturze do 1500°C.

Istota pieca do karbonizacji porowatych polimerów według wynalazku polega na tym, że posiada on lekko nachyloną komorę roboczą zaopatrzoną na swych powierzchniach czołowych w wejście i w wyjście, przez które przebiega taśmociąg. W dolnej części kanału, od dołu znajduje się wlot, w którym umieszczonajest dysza palnika gazowego. Wlot usytuowanyjest w odległości 0,2-0,4 długości kanału od jego dolnego końca. W górnej części kanału znajduje się wylot gazów spalinowych, zaś pomiędzy wlotem i wylotem kanał zaopatrzony jest w drugie źródło ciepła, korzystnie zasilane energią elektryczną. Kanał roboczy osadzonyjest na podstawie, na której zamocowany jest też napęd taśmociągu. Nad górnym kołem zwrotnym taśmociągu, przy wejściu do kanału znajduje się dozownik polimeru zaś poniżej dolnego koła zwrotnego znajduje się pojemnik na materiał węglowy powstały z karbonizacji polimeru. Kanał korzystnie otoczony jest izolacj ą termiczną

Przykład I.

Karbonizacji poddano porowaty kopolimer estru metakrylowego eteru diglicydylowego p,p’-dihydroksydifenylopropanu i diwinylobenzenu (MEDDE - DVB) o powierzchni właściwej 36 m²/g. Proces przebiegał w temperaturze 600°C w ciągu 4 godzin atmosferze gazu redukującego o składzie: N₂ - 71,5%, CO - 3,3%, H₂ - 2%, CO₂ - 3,6 %, CH4 - 8,6%, CH₂=CH₂ -1,5%, CH3 = CH3 -1,5% i O2 - 8%. W wyniku karbonizacji uzyskano materiał węglowy o powierzchni właściwej 481 m2/g.

Przykład II.

Porowaty kopolimer MEDDE - DVB o powierzchni właściwej 36 m2/g poddano karbonizacji w temperaturze 750°C. Proces przebiegający w atmosferze złożonej z N2 - 72%, CO - 3,3%, H2 - 2%, CO2 - 3,7%, CH4 - 8,1 %, CH2-CH2 -1,5%, CH3-CH3 -1,5 % i O2 - 7,5% trwał 5 godzin. W wyniku karbonizacji uzyskano materiał węglowy o powierzchni właściwej 234 m2/g.

Przykład III.

Karbonizacji poddano porowaty kopolimer 4,4’-bismaleimido difenylometanu i styrenu (BM - ST) o powierzchni właściwej 81 m2/g. Proces przeprowadzono w atmosferze gazu redukującego o składzie: N2 - 73,3%, CO - 3,3%, H2 -1,5%, CO2 - 4,6%, CH4 - 7,4%, CH₂CCH₂-1,5%, CH3-CH3 -1,5% i O2 - 7% w temperaturze 600°C w ciągu 4 godzin. W wyniku karbonizacji uzyskano materiał węglowy o powierzchni właściwej 292 m2/g.

Przykład IV.

Porowaty kopolimer BM - ST o powierzchni właściwej 81 m2/g poddano karbonizacji dwustopniowo: początkowo w atmosferze mieszaniny gazów o składzie N2 - 96% i CO4%, w temperaturze 300°C przez 8 godzin a następnie w atmosferze azotu w temperaturze 600°C przez 3 godziny. W wyniku procesu uzyskano materiał węglowy o powierzchni właściwej do 472 m2/g.

Przykład V.

Porowaty kopolimer BM - ST o powierzchni właściwej 52 m2/g ogrzewano przez 3 godziny w temperaturze 300°C w atmosferze mieszaniny gazów o składzie: N2- 71,5%, CO - 3,3%, H2 - 2%, CO2 - 3,6%, CH4 - 8,6%, CH2=CH2 -1,5%, CH3-CH3 -1,5 % i O2- 8% a następnie przez 8 godzin w temperaturze 1200°C w atmosferze azotu.

Uzyskano materiał węglowy o powierzchni właściwej 681 m2/g.

Przykład VI.

Porowaty kopolimer styrenu i diwinylobenzenu (ST - DVB) o powierzchni właściwej 90 m2/g poddano wstępnej karbonizacji w temperaturze 600°C w atmosferze mieszaniny gazów o składzie: N2 - 99% i CO -1 %, w ciągu 5 godzin a następnie w atmosferze azotu w temperaturze 1400°C przez 6 godzin. Powierzchnia właściwa polimeru z 90 m2/g wzrosła do 307 m2/g.

183 280

Piec do karbonizacji polimerów porowatych jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku w postaci schematu pieca.

Piec posiada kanał roboczy 1 w postaci rury nachylonej pod kątem do poziomu, zamocowanej na podstawie 2. Wewnątrz kanału 1 przebiega taśmociąg 3 napędzany silnikiem elektrycznym 4, zamocowanym także do podstawy. Wyjście i wejście kanału 1 sąprzysłonięte pokrywami 5 zawierającymi szczeliny umożliwiające ruch taśmociągu 3.

W dolnej części kanału, od dołu, w odległości równej 0,33 długości kanału 1 znajduje się wlot 6, w którym jest umieszczona dysza palnika gazowego 7. W górnej części kanału 1 znajduje się wylot 8, do odprowadzania spalin. Pomiędzy wlotem 6 a wylotem 8 kanał 1 jest opasany spiralą grzejną 9 w celu podniesienia temperatury w części pieca. Całość jest pokryta izolacją termiczną 10. Nad górnym kołem zwrotnym taśmociągu 3 umieszczonyjest dozownik 11 polimeru, zaś poniżej dolnego koła zwrotnego znajduje się pojemnik 12 na uzyskany materiał węglowy. Piec według wynalazku pozwala na ciągłą produkcję materiału węglowego z polimeru według opisanego wcześniej sposobu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (9)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób karbonizacji polimerów porowatych polegający na ogrzewaniu polimerów w środowisku gazowym, znamienny tym, że rozdrobniony polimer kontaktuje się z gorącym medium o temperaturze 300 - 800°C, zawierającym 1 -5% objętościowych tlenku węgla, po czym podnosi się temperaturę medium.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że medium stanowią spalmy powstałe ze spalania gazu zawierającego związki węgla.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że gaz stanowi gaz ziemny.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskany produkt poddaje się wygrzewaniu w atmosferze azotu.

5. Piec rurowy do karbonizacji polimerów porowatych nachylony pod kątem do poziomu, zaopatrzony na powierzchniach czołowych w wejście i wyjście obrabianego materiału oraz posiadający w górnej części wylot, znamienny tym, że kanał roboczy (1) posiada w dolnej części od dołu wlot (

6) usytuowany w odległości 0,2 - 0,4 długości kanału (1) od jego dolnego końca, przy czym pomiędzy wlotem (6) a wylotem (8) znajduje się źródło ciepła (9) obejmujące nie więcej niż połowę dostępnej długości kanału (1).

7. Piec według zastrz. 5, znamienny tym, że źródło ciepła (9) zasilane jest energią.

8. Piec według zastrz. 5, znamienny tym, że wewnątrz kanału (1) przebiega taśmociąg (3).

9. Piec według zastrz. 5 znamienny tym, że kanał (1) otoczony jest izolacjątermiczną (10).