多孔透气石墨及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及多孔材料技术领域，具体而言，涉及一种多孔透气石墨及其制备方法和应用。多孔透气石墨的制备方法包括以下步骤：将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，软炭材料、造孔剂和粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)；以及将混合物料压制成预设形状，并依次进行炭化和石墨化处理。上述多孔透气石墨的制备方法制得了具有高机械强度，且形状可控的多孔透气石墨块材。墨块材。墨块材。

【技术实现步骤摘要】
多孔透气石墨及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及多孔材料
，具体而言，涉及一种多孔透气石墨及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的不断发展，炭素行业也在不断进步，同时对特种炭材料的需求也越来越高。多孔炭材料具有丰富的孔结构等特性而广泛适用于空气净化、水处理及物质提纯等领域。然而，目前的多孔炭材料(比如活性炭等)多为粉末状，适于在液相中分散开后充分发挥其吸附特性。而在其他行业，比如半导体芯片制造领域，在单晶材料的生长过程中所使用的高温炉内需要可以调控温度场、调节气流的多孔透气板材，不仅需要有一定的高温强度，更需要有合适的孔分布和透气性。粉末状的多孔材料一方面不具有自支撑性，堆积态无法使用，另一方面堆积态粉末的透气性差，且可能会带来粉尘污染，无法在这些领域应用。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供了一种能够形成三维结构、形状可控，且具有可控孔结构及良好透气性的多孔透气石墨及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术一方面，提供一种多孔透气石墨的制备方法，其包括以下步骤：
[0005]将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)；以及
[0006]将所述混合物料压制成型，并依次进行炭化和石墨化处理。
[0007]在其中一个实施例中，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(65～70)：(1～30)：(30～35)。
[0008]在其中一个实施例中，所述软炭材料包括石油焦、沥青焦、炭纤维及炭微球中的一种或多种。
[0009]在其中一个实施例中，所述造孔剂包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛酯、碳酸铵、碳酸氢铵及氯化铵中的一种或多种。
[0010]在其中一个实施例中，所述粘结剂包括沥青和/或有机树脂。
[0011]在其中一个实施例中，所述一次混捏和所述二次混捏的温度分别独立地为150℃～350℃；可选地，所述一次混捏的时间为0.5h～2h，所述二次混捏的时间为3h～5h。
[0012]在其中一个实施例中，所述压制的温度为60℃～350℃，压力为5MPa～16MPa。
[0013]在其中一个实施例中，所述炭化的温度为600℃～1200℃，时间为1h～4h。
[0014]在其中一个实施例中，所述石墨化的温度为1600℃～3000℃，时间为1h～4h。
[0015]在其中一个实施例中，在所述石墨化之后，还包括纯化的步骤；优选地，所述纯化的条件如下：在气体氛围下，于2300℃～3000℃下焙烧2h～6h，所述气体氛围包括惰性气体氛围和/或含氟气体氛围。
[0016]本专利技术一方面，还提供一种如上述所述的多孔透气石墨的制备方法制得的多孔透
气石墨。
[0017]在其中一个实施例中，所述多孔透气石墨的孔径为50μm～500μm，抗压强度为30MPa～50MPa，透气性为160Pa～200Pa。
[0018]本专利技术另一方面，进一步提供一种净化装置，所述净化装置的填料包括上述所述的多孔透气石墨。
[0019]本专利技术再一方面，还提供一种上述所述的多孔透气石墨在制备单晶材料中的应用。
[0020]上述提供的多孔透气石墨的制备方法原料易得、成本低，且通过一次混捏和二次混捏及造孔剂的选择、含量及分布的控制可以确保后续形成的孔结构分布均匀。而且制得的多孔透气石墨能够形成双连通结构，即多孔透气石墨中炭骨架之间是连续的、孔结构之间是连通的，从而既保证了多孔透气石墨的机械强度，又保证了其优异的透气性。此外，通过调控软炭材料、造孔剂和粘结剂之间的质量比及造孔剂的大小可以调控多孔透气石墨的孔径分布，通过压制成型可以形成所需形状的多孔透气石墨块材，从而可以使多孔透气石墨满足实际应用中对孔径分布和外观形状尺寸的不同需求。而且上述制备方法操作简单，适于工业化生产。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术一个实施例中制得的多孔透气石墨的外观图；
[0023]图2为本专利技术一个实施例中制得的多孔透气石墨的金相图；
[0024]图3为本专利技术一个实施例中制得的多孔透气石墨的扫描电镜图。
具体实施方式
[0025]现将详细地提供本专利技术实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本专利技术。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本专利技术进行多种修改和变化而不背离本专利技术的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
[0026]因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本专利技术的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本专利技术更广阔的方面。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0028]“软炭材料”是指易石墨化的炭，通常为在2000℃以上能够石墨化的无定形碳。
[0029]为了解决目前多孔炭材料主要为粉末态、不能形成自支撑结构，没有整体机械性能，堆积态粉末的透气性差或虽具有多孔性，但透气性差、力学性差及成形困难等问题，本专利技术提供了一种多孔透气石墨的制备方法，此方法原料易得、成本低，且通过一次混捏、二次混捏和合适造孔剂的选择可以确保后续形成的孔结构分布均匀。而且制得的多孔透气石墨能够形成双连通结构，即多孔透气石墨中碳骨架之间以及孔结构之间均是各自连续或连通的，从而既保证了多孔透气石墨的机械强度，又保证了其优异的透气性。此外，通过调控软炭材料、造孔剂和粘结剂之间的质量比以及造孔剂的大小可以调控多孔透气石墨的孔径分布，通过压制成型可以形成所需形状的多孔透气石墨块材，从而可以使多孔透气石墨满足实际应用中对孔径分布和形状的不同需求。
[0030]本专利技术第一目的，提供一种多孔透气石墨的制备方法，其包括步骤S100～步骤S500：
[0031]步骤S100：将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料；其中，软炭材料、造孔剂和粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)。
[0032]在一些实施方式中，软炭材料、造孔剂和粘结剂的质量比可以为(60～90)：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(60～90)：(1～50)：(10～40)；以及将所述混合物料压制成型，并依次进行炭化和石墨化处理。2.根据权利要求1所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述软炭材料、所述造孔剂和所述粘结剂的质量比为(65～70)：(1～30)：(30～35)。3.根据权利要求2所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述软炭材料包括石油焦、沥青焦、炭纤维及炭微球中的一种或多种；和/或所述造孔剂包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛酯、碳酸铵、碳酸氢铵及氯化铵的一种或多种；和/或所述粘结剂包括沥青和/或有机树脂。4.根据权利要求1所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述一次混捏和所述二次混捏的温度分别独立地为150℃～350℃；可选地，所述一次混捏的时间为0.5h～2h，所述二次混捏的时间为3h～5h。5.根据权利要求1所述的多孔透气石墨的制备方法，其特征在于，所述压制的温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩前明，龚明，王同鑫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：