【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及团聚体、碳基材料、木炭组合物、木炭产品以及通过使用木炭和粘合剂制造木炭产品、尤其是高性能碳产品的方法。更具体地，本公开涉及由“捕获的”碳(如木炭)和由粘合剂形成的材料，以及制造这种材料的相应方法。由这些组合物制成的产品可以用作燃料，用作冶金工业中的还原剂，以替代目前使用的化石燃料的使用，和/或以产生用于许多潜在用途(包括用作混凝土、沥青和其他建筑材料中的填充材料，以及用作铝工业的阳极)的二氧化碳中和产品。
技术介绍
1、气候变化越来越受到政府和个人的关注，人们正在做出越来越多的努力，并提议减少使用化石燃料碳源，更多地使用“co2中和”碳源。“碳捕获”最简单的形式是使用生物质基碳源，例如木材或加工过的木质材料，例如木炭。二氧化碳中和碳源依赖于先前从大气中捕获的碳，因此即使碳随后被释放，也不会对大气中的碳产生贡献。在“碳捕获”中，大气中的碳被捕获并远离大气储存很长一段时间，以实现大气中碳的净减少。同样，如果产生的产品还可以长期从大气中封存碳，那么产生二氧化碳的过程可能会被“抵消”。使用生物质木炭生产的产品具有储存大气碳的潜力，因此为以前化石燃料衍生的碳源提供了碳中和的替代品。此外，如果那些材料可以用于长期储存碳，它们还可以用来抵消制造某些材料(如水泥)时产生的二氧化碳。
2、由碳和粘合剂材料生产的产品早已为人所知。自1939年以来，粘结木炭材料领域取得了许多改进，其中许多已获得专利，并且许多是环保的。美国专利第5,298,040号公开了水溶性氧化剂在防水燃料压块中的应用。美国专利第5,221,290号公开
3、因此，本领域需要一种组合物和制备该组合物的方法，以提供可用于多种目的的环保和/或高性能生物碳材料。在冶金行业中用作还原剂以制造生物碳阳极，在建筑行业中用作“生物碳石”以减少建筑材料的碳足迹，和/或在烧烤行业中用于大幅提高当前烧烤压块燃料的性能。
技术实现思路
1、为了最小化所引用的参考文献中的限制，并且最小化在阅读和理解本说明书后将变得明显的其他限制，本说明书公开了生物碳基材料以及用于生产这些材料的方法，这些材料包含木炭，以及至少一种粘合剂材料。
2、因此，在第一方面，本公开提供了一种生物碳基材料，其包含木炭和至少一种包含酚醛树脂的粘合剂。粘合剂组分可包含至少50％(例如50至100％)的酚醛树脂，例如至少75％或至少90％的酚醛树脂(全部按重量％计)。
3、在一个实施方案中，酚醛树脂可以由至少一种式i的酚形成或可形成：
4、
5、其中x是h或oh，r是h或任选取代的、饱和或不饱和的1至24个碳的烃部分，其可以是直链或支链的。可以存在一个或两个独立的r基团，并且可以独立地位于所示-oh基团的邻位、间位或对位位置。优选一个间位r基团。在一个实施方案中，所述至少一种式i的酚包括至少一种酚，其中r不是氢。
6、所述至少一种式i的酚可以包括、基本上由或由以下组成：式i的酚，其中存在至少一个非氢r基团，优选在-oh部分的间位。
7、在一个实施方案中，所述至少一种式i的酚可部分包含式i的酚，其中存在至少一个非氢r基团，优选在-oh部分的间位，并部分包含酚和/或间苯二酚。
8、在一个实施方案中，所述酚醛树脂可以是至少一种式i的酚任选地与其它组分(例如本文所述的那些组分，例如甲酰基碳源，例如六胺)的聚合物。
9、在一个实施方案中，所述酚醛树脂可以由至少一种式i的酚形成或可形成，其中所述至少一种酚包括强心酚和/或腰果酚。
10、在一个实施方案中，所述酚醛树脂可以由至少一种式i的酚通过与至少一种醛、脲或甲酰基碳源如六胺反应而形成或可形成。
11、在一个实施方案中，所述生物碳基材料可以包含最多30重量％(例如1至30重量％)的矿物填料，例如沙子或岩石粉。
12、在第二方面，本公开提供了一种生物碳基材料，其包含木炭和至少一种粘合剂，其中，当根据下文描述的方法(如本文下文参考实施例所述)测试时，生物碳基材料具有至少5mpa(例如5至150mpa，优选至少20mpa，例如至少30mpa或至少40mpa)的抗压强度。在一个特定实施方案中，所述生物碳基材料具有至少40mpa(例如40至120mpa)，优选至少50mpa，且更优选至少60mpa(例如60至100mpa)的抗压强度。用于测量生物碳材料的抗压强度的一种合适的测试是美国材料试验协会astm c39/c39m方法。这提供了圆柱混凝土样品抗压强度标准试验方法。除非另有规定，否则本文旨在采用这种抗压强度试验方法。
13、在另一方面，本公开提供了一种用于形成生物碳基材料的方法，所述方法包括混合木炭、至少一种粘合剂材料和任选的促进剂或催化剂，并将混合物形成任何期望的形状(例如，形成块、棒或压块)。所得产品可以以任何方式使用，包括但不限于：冶金工业中作为高度均匀的生物碳基还原剂；为铝工业生产生物碳基阳极；建筑业，特别是作为混凝土、沥青或其他复合材料中岩石或砾石的全部或优选部分替代品；和/或作为烧烤行业中烹饪的燃料。
14、一个实施方案可以是制造富含热量或能量的固体燃料材料，例如压块。这种材料可以由木炭，优选木炭粉末制成，并使用酚醛树脂作为粘合剂。用于该实施方案的高度合适的粘合剂是强心酚和/或腰果酚。
15、在各种实施方案中，本公开的生物碳材料可以具有在2％至99％范围内的固定碳(即，非挥发性碳的重量百分比)。优选地，固定碳为至少60重量％或至少75重量％。这将根据木炭和粘合剂的性质、木炭的制备和/或处理条件以及生物碳材料的固化和可选的第二热处理而变化。可以使用具有至少70％(例如75至98％)的固定碳含量的木炭。在一个实施方案中，所述生物碳材料中使用的木炭具有至少80％的固定碳含量。例如，这种木炭可以在无氧情况下热处理至300-900℃来产生。在另一个实施方案中，所用的木炭可以是至少80％、至少90％或至少95％的固定碳。例如，这种木炭可以通过在惰性气氛中加热处理至至少700℃(例如800至1200℃)而产生
16、组合物可以包括催化剂和/或促进剂以改善固化时间、降低固化温度和/或控制粘合剂的性质。
17、在一个实施方案中，促进剂或催化剂可以是六胺，其可以在与其他粘合剂组分(例如式i的酚)和木炭粉末混合时开始聚合过程。醛，例如甲醛及其前体，例如聚亚甲基二醇，也是合适的促进剂或催化剂。进一步的促进剂和催化剂在下文中讨论，并且可以用于本专利技术的任何合适的实施方案中。
18、在一个实施方案中，生物碳材料(例如压块)可以在150至400摄氏度(“℃”)的范围内固化。优选温度为180至250℃，例如190至220℃。固化时间将取决于粘合剂、可选的促进剂/催化剂和处理温度。然本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物碳材料，其包含40重量％至95重量％的木炭和至少一种包含酚醛树脂的粘合剂。
2.根据权利要求1所述的生物碳材料，其中所述粘合剂以2重量％至50重量％的量存在。
3.根据权利要求1或2所述的生物碳材料，其中所述酚醛树脂是至少一种式I的酚和任选的促进剂的聚合物：
4.根据权利要求3所述的生物碳材料，其中所述至少一种式I的酚包括至少一种酚，其中R不是氢。
5.根据权利要求3所述的生物碳材料，其中所述至少一种式I的酚包含至少一种酚，其中R是任选地被至少一种胺、羟基和/或环氧基部分取代的C6至C20不饱和烃基部分。
6.根据权利要求3所述的生物碳材料，其中所述至少一种式I的酚包括、基本上由或由以下组成：强心酚和/或腰果酚。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述酚醛树脂是至少一种式I的酚和至少一种选自至少一种醛或甲酰基碳源例如六胺的促进剂的聚合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述粘合剂由或基本上由以下组成：至少一种酚醛树脂，例如权利要求2的树脂。
<...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种生物碳材料，其包含40重量％至95重量％的木炭和至少一种包含酚醛树脂的粘合剂。
2.根据权利要求1所述的生物碳材料，其中所述粘合剂以2重量％至50重量％的量存在。
3.根据权利要求1或2所述的生物碳材料，其中所述酚醛树脂是至少一种式i的酚和任选的促进剂的聚合物：
4.根据权利要求3所述的生物碳材料，其中所述至少一种式i的酚包括至少一种酚，其中r不是氢。
5.根据权利要求3所述的生物碳材料，其中所述至少一种式i的酚包含至少一种酚，其中r是任选地被至少一种胺、羟基和/或环氧基部分取代的c6至c20不饱和烃基部分。
6.根据权利要求3所述的生物碳材料，其中所述至少一种式i的酚包括、基本上由或由以下组成：强心酚和/或腰果酚。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述酚醛树脂是至少一种式i的酚和至少一种选自至少一种醛或甲酰基碳源例如六胺的促进剂的聚合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述粘合剂由或基本上由以下组成：至少一种酚醛树脂，例如权利要求2的树脂。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述酚醛树脂是至少一种酚的聚合物，所述酚由或基本上由以下组成：强心酚和/或腰果酚。
10.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述生物碳材料是通过混合所述木炭和所述粘合剂并固化所述粘合剂而形成的。
11.根据权利要求10所述的生物碳材料，其中所述混合物被压缩并任选地振动。
12.根据权利要求11所述的生物碳材料，其中所述混合物在约3至50mpa的范围内被重复压缩1至10次。
13.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述材料在低于450℃的温度下固化。
14.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其中所述材料在约180℃至250℃的范围下固化约1分钟至3小时。
15.根据前述权利要求中任一项所述的生物碳材料，其用作冶金还原剂。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的生物碳材料，其用作烹饪燃料。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的生物碳材料，其中所述材料在惰性气氛中在超过1000℃的温度下进一步固化，以形成适合用于冶金工业的阳极。
18.根据权利要求1至14中任一项所述的生物碳材料，用作制造混凝土的成分。
1...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·布兰德斯沃尔，R·P·法鲁迪，
申请(专利权)人：普罗卡本生物技术公司，
类型：发明
国别省市：
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