一种重组族组分制备煤基复合炭膜的方法技术

一种重组族组分制备煤基复合炭膜的方法，属于复合炭膜的方法。该方法以萃余煤和粘结组分两大族组分为原料，其中的粘结组分在本发明专利技术中名称为沥青质组分；以萃余煤为支撑体、沥青质组分为涂覆液制备复合炭膜，共用三大步骤完成，为：1、煤基复合炭膜支撑体的制备；2、配置沥青质膜液；3、重组族组分煤基复合炭膜的制备。优点是：（1）提供了一种制备炭膜的新型材料，大幅度减低了制备炭膜的原料成本；（2）利用萃余煤和沥青质组分不同的性质特征，制备得到重组族组分煤基复合炭膜，实现了对煤族组分的高效合理利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合炭膜的方法，特别是一种重组族组分制备煤基复合炭膜的方 法。
技术介绍
膜分离是一项解决当代人类面临的能源、资源和环境等重大问题的新兴、实用而 高效、节能的分离技术，在食品、饮料、冶金、造纸、纺织、制药、水处理、乳品、生物、化工等许 多领域均有应用。与有机膜相比，无机膜具有耐高温、抗微生物能力强、化学稳定性好、机械 强度高等优异性能而备受各国研究者的关注。无机膜材料主要有陶瓷膜、玻璃膜、金属膜、 沸石膜和炭膜。炭膜是一种新型无机膜，它是含炭物质经高温炭化所形成的膜，较其它无机 膜具有制备方法简单、修饰膜缺陷容易、支撑体回收简便而分离性能相近的优点。制备炭膜的原料通常包括椰子壳、果核、木材、各种煤、石油残渣、石油浙青等天 然的含碳植物或矿物燃料以及有机高分子如聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈 (PAN)、聚酰亚胺、聚糠醇、纤维素、酚醛树脂等。工艺过程包括支撑体和炭膜制备两个步骤， 常用炭化法制备支撑体，用涂覆法、活化法、炭沉积(化学气相和液相沉积法)等一种或几 种方法联合使用对支撑体进行调整来制备炭膜。炭膜制备的前驱体虽然较多，但具有优良制膜性能的聚偏氯乙烯、聚酰亚胺等聚 合物原料成本却很高，严重影响了炭膜工业化进程；PAN虽然因成本相对较低而一直倍受 关注，但它是热塑性聚合物，在热处理过程中会产生熔融而影响了炭膜的孔结构。为适应商 业上的要求，制备炭膜应选择价格低廉的原料作为炭前驱体，在这方面除酚醛树脂外，煤炭 应为另一最佳选择。但已有的以煤或煤浙青为原料制备的炭膜均是支撑体而非真正的涂覆 炭膜，更不是炭-炭复合膜(复合炭膜)，且这种支撑体因受孔径和孔分布的影响而限制了其 应用领域。专利技术专利“基于萃取与反萃取的温和化煤族组分分离方法”，专利申请号 200710022120. 1，对煤的商业化利用开创了新的方法。该方案中公开了经过萃取和反萃取 从煤中提取了三种族组分，没有进一步公开萃余煤和浙青质族组分的利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供，解决炭膜的孔 径分布不集中，不具有较高选择性、高渗透性和高分离能力，及制备炭膜成本高的问题。本专利技术的目的是这样实现的，该方法以萃余煤和粘结组分两大族组分为原料，其 中的粘结组分在本专利技术中名称为浙青质组分；以萃余煤为支撑体、浙青质组分为涂覆液制 备复合炭膜，共用三大步骤完成，为1、煤基复合炭膜支撑体的制备；2、配置浙青质膜液； 3、重组族组分煤基复合炭膜的制备；其中第一过程，即煤基复合炭膜支撑体的制备过程①、将质量百分比为0 20 %的粘结剂和质量百分比为0 30 %的活化剂，其余为萃余煤，按以上拟定比例范围配好，放入研钵中研勻后加入到模具中，用压片机在5 40 MPa 的压力下加压，制备得到厚度均一的支撑体；②、将制备好的支撑体放入高温管式电炉中，在惰性气体保护下进行炭化和活化，在升 温速率为1 20 0C/ min下加热到炭化温度恒温5 30 min后，继续加热到炭化终温度 恒温保持0 30 min时间，关闭加热，在惰性气体保护下降温至450°C以下，取出支撑体；③、将支撑体用清洗剂进行酸洗，，以去除残留下来的活化剂和与碳生成的盐类物质；④、对第一过程中步骤④得到的支撑体在沸水浴中恒温浸泡水洗1 3小时；⑤、对第一过程中步骤⑤得到的支撑体测定孔隙率在30% 60% ；⑥、对第一过程中步骤⑥得到的支撑体采用恒压连续过滤装置测定液体在室温和 0. 1 2 MPa压力下的渗透通量和渗透率为100 1500 L · h_l · m_2 · bar_l，首先采用 纯水通量和渗透率为标准来说明其渗透性能，然后再采用有颜色胶体进行过滤标定其截留 率；第二过程，即配置浙青质膜液的过程①、称取浙青质组分放入试管中，加入NMP溶剂，即N-甲基吡咯烷酮溶剂，充分搅拌混 合均勻配制成0. 1 2 g/ml的涂膜液；另外再配一组，加入活化剂做对比；②、对第二过程中步骤①得到的溶液在20 80°C下超声波振荡1 3 h，自然冷却至 室温，得到需要的浙青质组分；第三过程，即重组族组分煤基复合炭膜的制备过程①、将第二过程中得到浙青质组分采用浸渍法涂覆于第一过程得到的支撑体表面；②、将第二过程中步骤①得到的复合炭膜按第一过程中的步骤③、步骤④、步骤⑤、步 骤⑥、步骤⑦进行实施。所述的粘结剂为焦油、浙青、淀粉、腐殖酸钠、聚乙烯醇、聚甲基纤维、粘土、酚醛 树脂、聚糠醇、呋喃树脂。所述的活化剂为K0H，ZnCl2,H3PO4, Na3AlF6。所述的清洗剂为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸，浓度均为5-40%。有益效果，由于采用了上述方案，利用CS2/NMP混合溶剂萃取与反萃取在自然条 件下分离得到煤中的四种族组分萃余煤、精煤、浙青质组分、轻质组分，四个族组分各具特 色，有着广泛地应用前景。萃余煤主要为煤中难溶的大分子族组分，其重要特征为碳含量最 高，可溶组分的释出使其呈多孔隙的松散结构；浙青质组分在自然条件下即展现出强粘结 能力。因此，基于萃余煤的发达孔隙以加压成型法制备平板状支撑体，借助浙青质的粘性以 浸渍反萃法在支撑体上涂覆，能够制备得到煤基复合炭膜。解决了炭膜的孔径分布不集中， 不具有较高选择性、高渗透性和高分离能力，及制备炭膜成本高的问题，达到了本专利技术的目 的。优点是(1)提供了一种制备炭膜的新型材料，大幅度减低了制备炭膜的原料成本；(2)利用萃余煤和浙青质组分不同的性质特征，制备得到重组族组分煤基复合炭膜，实 现了对煤族组分的高效合理利用。具体实施例方式实施例1 选择徐州夹河气煤进行破碎，测定工业分析和元素分析数据，按煤的族 组分分离工艺将煤样分离成四种组分，收集备用。测定本专利技术所需的萃余煤和粘结组分的 工业分析和元素分析数据。1、煤基复合炭膜支撑体的制备过程将萃余煤85 wt%、粘结剂5衬％和活化剂10衬％按比例配好，所述的粘结剂为焦油； 所述的活化剂为Κ0Η，放入研钵中研勻，称取0.7 g左右加入到模具中，用压片机在20 MPa 下加压，制备得到厚度为均一的支撑体，周边无裂纹；在氮气保护下，在管式电炉中以升温 速率6 °C/min加热至430 °C，恒温20 min，继续加热至700 °C，恒温10 min，再冷却至500 °C左右时取出制备好的支撑体；用清洗剂、沸水洗支撑体，所述的清洗剂为盐酸，浓度为 5-40%之间均可，在沸水浴中恒温浸泡水洗2小时，然后水煮法测定孔隙率40%，采用恒压连 续过滤装置在0. 2 MPa下测定渗透通量和渗透率为800 L · h—1 · m_2 · bar4。2、涂覆炭膜液浙青质的制备过程称取0.4 g浙青质组分放入试管中，加入2 mlNMP溶剂，即N-甲基吡咯烷酮溶剂，充分 搅拌混合均勻，配制成lg/ml的涂膜液，然后在50 °C下超声波振荡3 h，自然冷却至室温， 得到需要的浙青质组分。3、重组族组分煤基复合炭膜的制备过程将步骤2得到浙青质组分采用浸渍法涂覆于步骤1得到的支撑体上面，涂膜两次后自 然烘干，在氮气保护下，在管式电炉中以升温速率6 °C/min加热至430 °C，恒温20 min，继 续加热至700 °C，恒温10 min，再冷却至500 °C左右时取出制备好的复合炭膜，然后测定 孔隙率在40%，采用恒压连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种重组族组分制备煤基复合炭膜的方法，其特征是：该方法以萃余煤和粘结组分两大族组分为原料，其中的粘结组分在本专利技术中名称为沥青质组分；以萃余煤为支撑体、沥青质组分为涂覆液制备复合炭膜，共用三大步骤完成，为：１、煤基复合炭膜支撑体的制备；２、配置沥青质膜液；３、重组族组分煤基复合炭膜的制备；其中：第一过程，即煤基复合炭膜支撑体的制备过程：①、将质量百分比为０～２０　％的粘结剂和质量百分比为０～３０　％的活化剂，其余为萃余煤，按以上拟定比例范围配好，放入研钵中研匀后加入到模具中，用压片机在５～４０　ＭＰａ的压力下加压，制备得到厚度均一的支撑体；②、将制备好的支撑体放入高温管式电炉中，在惰性气体保护下进行炭化和活化，在升温速率为１～２０　℃／　ｍｉｎ下加热到炭化温度恒温５～３０　ｍｉｎ后，继续加热到炭化终温度恒温保持０～３０　ｍｉｎ时间，关闭加热，在惰性气体保护下降温至４５０℃以下，取出支撑体；③、将支撑体用清洗剂进行酸洗，，以去除残留下来的活化剂和与碳生成的盐类物质；④、对第一过程中步骤④得到的支撑体在沸水浴中恒温浸泡水洗１～３小时；⑤、对第一过程中步骤⑤得到的支撑体测定孔隙率在３０％～６０　％；⑥、对第一过程中步骤⑥得到的支撑体采用恒压连续过滤装置测定液体在室温和０．１～２　ＭＰａ压力下的渗透通量和渗透率为１００～１５００　Ｌ·ｈ－１·ｍ－２·ｂａｒ－１，首先采用纯水通量和渗透率为标准来说明其渗透性能，然后再采用有颜色胶体进行过滤标定其截留率；第二过程，即配置沥青质膜液的过程：①、称取沥青质组分放入试管中，加入ＮＭＰ溶剂，即Ｎ－甲基吡咯烷酮溶剂，充分搅拌混合均匀配制成０．１～２　ｇ／ｍｌ的涂膜液；另外再配一组，加入活化剂做对比；②、对第二过程中步骤①得到的溶液在２０～８０　℃下超声波振荡１～３　ｈ，自然冷却至室温，得到需要的沥青质组分；第三过程，即重组族组分煤基复合炭膜的制备过程：①、将第二过程中得到沥青质组分采用浸渍法涂覆于第一过程得到的支撑体表面；②、将第二过程中步骤①得到的复合炭膜按第一过程中的步骤③、步骤④、步骤⑤、步骤⑥、步骤⑦进行实施。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志宏，李新艳，张丽英，陈冬梅，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：32