采用孔形成物制备中孔性碳的方法技术

制备中孔性碳的方法包括将碳前体与孔形成物混合。至少部分孔形成物分子级溶解于碳前体中。孔形成物具有高于碳前体固化温度、低于碳前体碳化温度的分解温度或挥发温度。碳前体被固化、碳化，而且任选被活化，同时除去孔形成物。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用孔形成物制备中孔性碳的方法本专利申请要求Peng等1998年7月20日申请的名称为“采用孔形成物(pore former)制备中孔性碳的方法”的美国临时专利申请No.60/093，400的优先权。本专利技术涉及由这样的方法制备中孔性碳的方法：它包括分子级混合碳前体与孔形成物，接着在给出特定孔径及其分布的条件下固化、碳化并任选活化。中孔性碳尤其适用于催化和纯化方面的多种用途。专利技术的背景活性炭应用于多种用途，例如空气、水、汽车废气等的纯化。而微孔结构的碳(孔径小于20埃，BET表面积1000-3000米2/克)适合许多用途例如气相吸附如轻质烃和H2S，一些应用要求碳内具有较大的孔隙率，以获得最佳吸附和/或催化活性。例如，除了常规的气态污染物例如烃或某些杀虫剂需要特定的表面性能和孔径分布，还需要除去分子尺寸较大的污染物例如humine、蛋白质等。呈基材上的涂层形式或活性炭的成形结构形式的单块活性炭，可应用于多种用途，尤其是要求耐久的场合，例如汽车废气的纯化。对于这些要应用于化学处理用途和液相过滤用途的结构，有时要求中孔隙率，例如用于负载充足的催化剂、提高化学反应动力学并促进过滤过程。因此，非常需要制备尤其关于单块碳形式的中孔性碳的方法，并且这种方法是该领域的一种进展。本专利技术提供这种影式的中孔性碳及其制造方法。专利技术的概述根据本专利技术的一个方面，提供制备中孔性碳的方法，它包括混合碳前体与孔形成物。至少部分孔形成物分子级溶解于碳前体中。孔形成物具有高于碳前体固化温度、低于碳前体碳化温度的分解温度或挥发温度。碳前体被固化、碳化，而且任选被活化，同时除去孔形成物。-->专利技术的详细说明本专利技术涉及通过混合碳前体与成孔材料而制备中孔性活性炭的方法。至少部分成孔材料分子级溶解于碳前体中，即一般但不是唯一地约50％孔形成物加料溶于碳前体中。然后，前体固化、碳化并任选活化。根据本专利技术，中孔性碳指至少50％、更典型约60-90％孔总体积处于20-500埃的范围，不高于25％的孔体积处于大孔范围内(大于500埃)。碳前体指一加热就转化成连续结构碳的含有合成的聚合碳的物质。碳前体优于活性炭颗粒，因为作为固化、碳化和活化的结果，碳原子排列成非间断的连续的三维无规石墨片晶结构。对于本专利技术，尤其有用的是合成的聚合碳前体，例如室温下为溶液或低粘度液体形式或者经加热或其他方式能够液化的合成树脂。合成聚合碳前体包括任何液态或可液化的含碳物质。有用的碳前体的例子包括热固性树脂和热塑性树脂(例如聚1,1-二氯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇等)。涂布应用优选低粘度碳前体(例如热固性树脂)，因为它们的低粘度使得能够较好地渗入基材。一般树脂的粘度范围约为50-100厘泊。任何高碳产率的树脂都可以使用。高碳产率指约高于10％(重量)的树脂原料经碳化转化成碳。酚醛和呋喃树脂是最合适的。由于酚醛树脂相对于其他前体粘度低、碳产率高、固化时交联度高和成本低而成为最佳选择。合适的酚醛树脂是可熔性酚醛树脂，例如购自Occidental Chemical Corporation的43250 plyophen树脂和43290、购自Borden Chemical Company的Durite可熔性酚醛树脂。一种尤其合适的呋喃液态树脂是购自QO Chemicals Inc.的Furcab-LP。固态树脂能够用于成形应用中。一种尤其合适的固态树脂是固态酚醛树脂或线型酚醛清漆。碳前体可以包括一种前体材料或两种或多种前体材料的混合物。任选地，已制成的活性炭可加入到液态碳前体中，为形成或成形为结构而调节前体的粘度。孔形成物指在形成碳的前体的固化温度以上和碳化温度以下的温度范围内可挥发或分解的任何有机化合物或混合物。例如，该温度范围对于一般的粘度约为50-100厘泊的可熔性酚醛树脂为150-750℃。分解温度为150-500℃的孔形成物是有用的，约250-400℃尤其合适。孔形成物可以在所要求的温度范围内全部分解或挥发，或者碳化后留下痕量残留物。-->碳前体与孔形成物进行混合，使至少部分、优选全部孔形成物分子级溶解于碳前体中。分子级指孔形成物必须能在碳前体内进行分子级分散。也就是说，孔形成物可在碳前体内完全溶解，并均匀地形成真溶液(与其他的溶混度例如胶体分散等不同)，保证形成均匀的分子级孔隙率。对于涂布或成形应用，当孔形成物与碳前体混合时，一般使用介质载带孔形成物(它也能够用作一种溶剂)。由孔形成物形成的孔径及其分布由溶解的孔形成物的尺寸/分子量和数量调节。优选的是孔形成物是热塑性材料。部分尤其有用的孔形成物是热塑性聚合物材料，例如不同分子量例如40,000-25,0000的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、不同分子量例如约600-10000的聚乙二醇和不同分子量的重质石油馏分和/或液态煤。在一些特定情形下，孔形成物可以是膨松的有机金属化合物。一些例子是有机一稀土金属配合物，例如X(C5H5)3(环戊二烯基)和X(acac)(乙酰丙酮酸盐)，其中X表示Sm、Y、Yb、Lu和过渡金属配合物例如Y(acac)，其中Y表示Fe、Co和Ni。有机金属化合物有双重作用，一个是通过来自于金属配合物的烃部分的分解成为孔形成物，第二是由金属催化形成孔。在其他的特定情形下，孔形成物可以是所选择的碳前体的一部分。它们一般是碳前体分子的长链的脂肪族支链，使得可在固化期间，形成较松散的框架结构，脂肪族的长链支链分解，并在碳基体内形成孔。部分例子是Borden制成的名称为P97的丁基化酚醛树脂，和也由Borden Chemical制成的名称为LV3020的苯乙烯基化的酚醛树脂。只要不同类型的成孔材料的化学性质互相相容，它们可以一同使用，而且它们至少部分形成含有碳前体的真溶液。相容性对于制备涂布的碳蜂窝状材料尤其重要，此时最好基本全部、即＞99％的孔形成物形成真溶液，也就是说，分子级溶解于碳前体中。所要求的孔形成物的量必须要溶解入液态碳前体内，以制成用于浸涂的粘度合适的混合物。对于成形的活性蜂窝状材料，孔形成物和碳前体首先溶解入合适的普通溶剂内，以形成均匀的孔形成物分布。然后，脱除溶剂，留下溶解于碳前体中的孔形成物。活化在本专利技术中不是必需的。通过调节成孔材料的数量和有时调节成孔材料的尺寸/分子量就能够达到合适的烧尽级和孔径。一种制备中孔性活性碳的有用方法是涂布无机基材，例如带有碳前体与孔形成物的混合物的均匀涂层的蜂窝状材料，然后固化、碳化并任选活化碳，-->以形成碳的连续涂层。例如，约15％(重量)孔形成物(孔形成物重量相对于树脂重量)首先与常规溶剂例如甲醇混合。然后，混合物均化，同时碳前体溶解孔形成物。接着，将涂料混合物涂布到基材上，例如单块基材如由堇青石制成的一种基材。然后它在约150℃固化，在约90-100℃下干燥之后，接着碳化，并任选进行活化。基材具有外表面，孔由此延伸入基材。涂料渗入并分布于全部孔隙内，在其上作为涂层。在其最有用的形式中，单块基材具有使液流通过的通道，例如从外面通到里面孔网络，和/或从单块一端延伸到另一端的通道，使液流从一端进入并从另一端出来。基材必须具有足够的强度以在应用中起作用，并能够承受形成活性炭涂层过程中要经受的热处理温度。基材的总开孔率宜至少约为10％，优选大于约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备中孔性碳的方法，该方法包括：ａ）混合碳前体与孔形成物，其中至少部分孔形成物分子级溶解于碳前体中，所述孔形成物具有高于碳前体的固化温度、低于碳前体的碳化温度的分解温度或挥发温度；ｂ）固化碳前体；ｃ）碳化碳前体，并除去孔形成物，形成中孔性碳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1998-7-20 60/093,4001．一种制备中孔性碳的方法，该方法包括：a)混合碳前体与孔形成物，其中至少部分孔形成物分子级溶解于碳前体中，所述孔形成物具有高于碳前体的固化温度、低于碳前体的碳化温度的分解温度或挥发温度；b)固化碳前体；c)碳化碳前体，并除去孔形成物，形成中孔性碳。2．如权利要求1所述的方法，其包括在碳化步骤之后活化碳以制成具有中孔隙率的活性炭的附加步骤。3．如权利要求1所述的方法，其中所述的碳前体是热固性树脂。4．如权利要求3所述的方法，其中所述的碳前体是酚醛树脂。5．如权利要求1所述的方法，其中所述的孔形成物具有约150-500℃的分解温度。6．如权利要求5所述的方法，其中所述的孔形成物具有约250-400℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：YL彭，JL威廉姆斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]