RU2446098C1 - Углеродный материал - Google Patents
Углеродный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446098C1 RU2446098C1 RU2010135822/05A RU2010135822A RU2446098C1 RU 2446098 C1 RU2446098 C1 RU 2446098C1 RU 2010135822/05 A RU2010135822/05 A RU 2010135822/05A RU 2010135822 A RU2010135822 A RU 2010135822A RU 2446098 C1 RU2446098 C1 RU 2446098C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- specific surface
- carbon
- activation
- surface area
- carried out
- Prior art date
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical class [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 2
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 description 2
- 239000004368 Modified starch Substances 0.000 description 2
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 150000001339 alkali metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 2
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 2
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005727 Friedel-Crafts reaction Methods 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical class ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXDVEXJTVGRLNW-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Cu] Chemical compound [Cr].[Cu] GXDVEXJTVGRLNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 159000000032 aromatic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001239 high-resolution electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012766 organic filler Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к активированным углеродным материалам и может найти применение в качестве сорбента трудносорбируемых газов, в качестве носителя для катализаторов. Получают формованный наноструктурированный микропористый углеродный материал. Полученный материал имеет удельную поверхность 1560-2550 м2/г, суммарный объем пор 1,0-1,5 см3/г, объем микропор 0,6-1,3 см3/г. Изобретение обладает большой удельной поверхностью, высокими значениями сорбционной емкости по отношению к различным адсорбатам. 1 ил., 4 пр.
Description
Изобретение относится к активированным углеродным материалам, обладающим высокой удельной поверхностью и микропористостью в формованном виде, которые могут использоваться в качестве сорбентов энергетических (природного газа, водорода и пр.) и токсичных газов, а также в других областях науки и техники.
Известны пористые углеродные материалы, получаемые путем пиролиза твердых органических материалов, в том числе различных типов углей, нефтяных остатков, отходов биомассы, с последующей активацией их углекислым газом, и/или водяным паром, и/или кислородом воздуха (В.Б.Фенелонов. Пористый углерод. - Новосибирск, 1995, 513 с.). В процессе активации происходит удаление связанной воды, летучих углеводородов, а также взаимодействие углерода с активирующими агентами с образованием водорода и оксидов углерода и формированием пористой структуры.
Кроме того, известны пористые углеродные материалы, представляющие собой активированные угли, полученные активацией действием введенных в исходный материал минеральных катализаторов, например катализаторов Фриделя-Крафтса - ZnCl2, АlСl3, Н3РO4, или катализаторов окислительно-восстановительного типа - соли или оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (Уайткерст Д.Д., Митчелл Т.О., Фаркаши К. Ожижение угля. - М.: Мир. - 1986. - с.256; US 6537947, B01J 020/02, 25.03.2003; US 6030922, C01B 031/10, 29.02.2000). Полученные данными методами активированные угли обладают Sуд. не более 850 м2/г и долей микропор не более 25%, а также являются несформованными порошками.
Известны пористые углеродные материалы, представляющие собой активированные угли, получаемые путем окисления углеродсодержащего материала (гумусных углей, либо их коксов, либо нефтяных коксов) азотной кислотой либо серной кислотой с добавлением солей азотистой кислоты (Патенты US 4082694, B01J 21/18, C01B 31/08, C01B 31/12, 04.04.1978; 5614460, B01J 020/02, C01B 31/08, С01В 31/12, 25.03.1997; 6475411, В29С 041/16, В29С 067/20, С01В 031/10, 05.11.2002;, РФ 2206394, B01J 20/20, С01В 31/12, 20.06.2003). В результате наблюдается образование ароматических кислот, многоатомных карбоновых и многоатомных поликарбоновых кислот. Образовавшуюся смесь кислот смешивают в растворителе с гидроксидом металла первой (Iа) или второй (IIа) группы Периодической системы и подвергают активации в инертной атмосфере. Перед активацией вначале удаляют растворитель путем испарения при медленном повышении температуры. Оптимальная температура активации - 700-800°С. Полученный продукт отмывают от солей металлов первой (Iа) или второй (IIа) группы, сушат на воздухе, а затем при необходимости подвергают контролированному окислительному активированию диоксидом углерода. Известные углеродные материалы (адсорбенты) обладают с удельной поверхностью выше 2000 м2/г и объемом микропор не более 1,2 см3/г.
Недостатком известных углеродных материалов является образование большого количества окислов азота и серы, вредных для окружающей среды, которые обусловлены использованием в процессе их получения разбавленных азотной и серной кислот, а также удельная поверхность менее 2500 м2/г и объем микропор менее 1,2 см3/т, сорбционная емкость по метану менее 15 вес.% при 55 атм и 273 К, по водороду менее 3,6 вес.% при 45 атм и 77 К. Кроме того, все вышеперечисленные материалы получены в виде порошков, что осложняет их применение.
Известны микропористые углеродные материалы, обладающие удельной поверхностью АБЭТ=3170-3450 м2/г, объемом пор VΣ=1,77-2,18 см3/г, объемом микропор Vµ=1,45-1,87 cм3/г, с высокой адсорбционной емкость во водороду - 4,7-6,3 вес.% при 50 атм и -196°С, а также по СНЦ - 38-46 вес.% при 60 атм и 0°С (РФ 2307704, B01J 20/20). Их получают из лигноцеллюлозного сырья на примере рисовой шелухи, путем карбонизации сырья при 400-800°С, затем карбонизированное сырье смешивают с соединениями щелочных металлов и проводят активацию при 600-1000°С в инертной среде с последующей отмывкой и сушкой. Недостатком данного способа является получение углеродного материала в виде порошка, что осложняет его использование в качестве адсорбента, а также в других областях применения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, который взят в качестве прототипа, является способ получения пористых сформованных углеродных материалов путем физической активации предварительно гранулированных пеков при 600-1000°C с применением соединений щелочных металлов в качестве катализаторов (US 6251822, С01В 31/08). Экструдированные пористые углеродные материалы из пека (нефтяного или синтетического происхождения) получают следующим образом. Пек смешивают с органическим, либо неорганическим наполнителем, связующим и пластификатором. В качестве наполнителей органического происхождения применяют различные сорта древесины, в виде опилок, скорлупу орехов, косточек плодов, целлюлозу и пр.; неорганические наполнители: кислородсодержащие минералы - цеолиты, Аl2O3, кордерит и др.; связующие - различные эфиры целлюлозы; пластификаторы - мыла, жирные кислоты и пр. После смешивания проводят экструзию. Полученные пеллеты сушат для удаления растворителя и подвергают окислительной обработке с целью получения структуры, содержащей множество связей между частицами углеродсодержащего предшественника через внедрившийся кислород, при 200-300°С на воздухе в течение 1-5 ч. Затем проводят активацию СО2 или парами воды при 600-1000°С в течение 0,5-1 ч. При необходимости, если температура размягчения пека составляет менее 250°С, для увеличения массовой доли углерода в предшественнике проводят карбонизацию в инертной атмосфере при 600-1000°С в течение 0,5-2 ч. Также, при необходимости, для увеличения среднего размера пор получаемых материалов, перед стадией смешивания измельченного пека со связующим, наполнителем и пластификатором, в него добавляют каталитические добавки солей металлов, активной формой которых является сам металл или его оксид (массовая доля в сырье - около 3 вес.%), которые образуются при последующей термообработке. После активации металлы удаляют из продукта путем отмывки кислотами. Получаемые материалы имеют удельную поверхность 300-1300 м2/г и могут обладать как микро-, так и мезопористой текстурой.
Недостатками данных формованных материалов является их низкая удельная поверхность - не более 1300 м2/г, а также сложна многостадийная, экологически небезопасная процедура их способа получения, применение ископаемого невозобновляемого сырья, а также необходимость использования значительных количеств вспомогательных материалов.
Задача изобретения - разработать формованный наноструктурированный микропористый углеродный материал, обладающий более высокими значениями удельной поверхности (АБЭТ=1560-2550 м2/г), объемом пор (VΣ=1,0-1,5 см3/г) и микропор (Vµ=0,6-1,3 см3/г).
Поставленная задача решается тем, что в способе получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью, включающего карбонизацию лигноцеллюлозного материала с зольностью 8-20 вес.%, последующую щелочную активацию в присутствии карбонатов и/или гидроксидов натрия или калия, отмывку, смешивание со связующим и формование (экструзию), карбонизацию осуществляют при 400-800°С при мольном отношении кислорода воздуха к углероду лигноцеллюлозного материала, равном 0,8-3,0, в течение 1-60 сек в кипящем слое катализатора или инертного носителя, щелочную активацию осуществляют при 600-1000°С в инертной или восстановительной атмосфере, отмывку продукта после активации проводят раствором кислоты и дистиллированной водой, формование проводят с применением модифицированного крахмала, каолина, либо полиуретанового клея, сушку при 50-200°С в течение 1-48 ч, при необходимости - прокалку при 600-1000°С в течение 0,5-5 ч. При этом в качестве катализатора используют либо нанесенные на оксидные носители оксиды металлов d-элементы 4 и 5 периода Периодической системы, либо их комбинации между собой и с оксидами металлов 3 периода Периодической системы. При щелочной активации карбонаты и/или гидроксиды вводят при их мольном отношении к углероду, равном 0,7-4,0, активацию осуществляют в течение 0,25-4,0 часов, а скорость нагрева до температуры активации составляет 1-20 град/мин. Формование осуществляют вручную, либо с применением экструдера с фильерами размером 3-10 мм. Соотношение связующего к углеродному материалу составляет 0,5-50:1 по массе, растворитель берется в количестве, необходимом для получения оптимально формуемой консистенции. После формования сушку осуществляют при 50-200°С в течение 3-48 ч.
Полученный наноструктурированный микропористый углеродный материал в формованном состоянии имеет удельную поверхность АБЭТ=1560-2550 м2/г, суммарный объем пор VΣ=1,0-1,5 см3/г, объем микропор Vµ=0,6-1,3 см3/г, где АБЭТ рассчитана методом БЭТ по тепловой десорбции азота.
Технический эффект заявляемого изобретения заключается в большей удельной поверхности углеродного материала, и, соответственно - в обеспечении более высоких значений сорбционной емкости полученных материалов по отношению к различным адсорбатам.
На чертеже представлен снимок электронной микроскопии высокого разрешения (ТЕМ), микропористого углеродного материала до стадии формования микропористого углеродного материала, поясняющий структуру получаемых углеродных материалов с АБЭТ=3360 м2/г, VΣ=2,2 см3/г, Vµ=1,9 см3/г. На снимке выделена стенка изогнутой щелевидной поры толщиной 0,15-0,18 нм, длинной 2,5 нм и ориентированной по оси фокуса снимка. Анализ большого количества снимков подтвердил типичность данной поры. Толщина данной стенки поры соответствует однослойной плоскости, состоящей из конденсированных бензольных колец. Подобная структура имеет высокую удельную поверхность, объем микропор и описана в Marsh, Н., Crawford, D, O′Grandy, T.M., Wennerberg, A. Carbon, - 1981, - Vol.2, - №5, - p.419, где показано, что подобной высокой поверхностью могут обладать только графитоподобные монослойные частицы (графены) нанометровых размеров с клеткоподобной структурой отдельных ячеек, состоящие из одного-двух графенов.
Измерения удельной поверхности проводили на установках ASAP-2400 Micrometrics и ASAP-2020 Micrometrics по адсорбции азота при 77 К после предварительной тренировки образцов при 300°С и остаточном давлении менее 0,001 мм рт.ст. до прекращения газовыделения без контакта с атмосферой после тренировки. Измерения изотерм адсорбции азота проводили в диапазоне относительных давлений от 0,001 до 0,995 атм и их стандартную обработку с расчетом суммарной поверхности методом БЭТ, объема микропор (с размером менее 2 нм) и поверхности мезопор, остающейся после заполнения микропор (см. С.Грегг, К.С.В.Сигн. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. - М.: Мир, 1984).
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
30 г рисовой шелухи (содержание лигнина - 15 мас.%, целлюлозы - 31%, зольность - 19%) предварительно карбонизируют в реакторе с кипящим слоем нанесенного медно-хромового катализатора следующего состава: 1,75% (мас.) CuO + 3,5% MgO + 6,5% Сr2О3, нанесенного на γ-Аl2О3, при температуре 450°С, со временем контакта 2,5 сек и α=1,5. Активацию проводят с использованием KOH при 600°С в течение 4 часов. Скорость нагрева до температуры активации составляет 5°С/мин. После активации и отмывки продукт смешивают с растворенным в воде модифицированным крахмалом и проводят формование с использованием экструдера с фильерой диаметром 6 мм. После формования проводят сушку при 120°С в течение 18 ч. Полученный материал имеет АБЭТ=2240 м2/г, V=1,4 см3/г, V=1,2 см3/г.
Пример 2
Отличается от примера 1 тем, что карбонизацию в кипящем слое проводят при температуре 600°С. Температура активации составляет 750°С. Полученный материал имеет АБЭТ=2550 м2/г, VΣ=1,5 см3/г, Vµ=1,3 см3/г.
Пример 3
Отличается от примера 1 тем, что в качестве исходного лигноцеллюлозного сырья используют шелуху овса (содержание лигнина - 12 мас.%, целлюлозы - 35 мас.%, зольность - 10%). Карбонизацию проводят в кипящем слое инертного носителя (речной песок). Активацию проводят при 900°С с K2CO3, для формования вручную используют каолин в массовом соотношении к углероду 1:1. Прокалку полученного высушенного материала проводят при 850°С в течение 3 ч. Продукт имеет АБЭТ=1560 м2/г, VΣ=1,0 см3/г, Vµ=0,6 см3/г.
Пример 4
Отличается от примера 1 тем, что карбонизацию проводят пиролизом в инертной среде при 500°C. Щелочную активацию карбонизированного материала проводят при конечной температуре 1000°C с NaOH. Формование проводят через экструдер с диаметром фильеры 5 мм с применением полиуретанового клея, для растворения которого используют дихлорметан. Полученный продукт имеет АБЭТ=1810 м2/г, VΣ=1,1 см3/г, Vµ=0,9 см3/г.
Преимущество заявляемого изобретения заключается в следующем. Как видно из приведенных примеров, предлагаемые наноструктурированные микропористые углеродные материалы в формованном виде обладают высокой удельной поверхностью, объемом пор, микропор. Полученный материал может найти широкое применение в качестве высокоэффективного сорбента трудносорбируемых газов, а также носителя для различных типов катализаторов.
Claims (1)
- Формованный наноструктурированный микропористый углеродный материал, характеризующийся тем, что имеет удельную поверхность 1560-2550 м2/г, суммарный объем пор 1,0-1,5 см3/г, объем микропор 0,6-1,3 см3/г.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135822/05A RU2446098C1 (ru) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Углеродный материал |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135822/05A RU2446098C1 (ru) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Углеродный материал |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2446098C1 true RU2446098C1 (ru) | 2012-03-27 |
Family
ID=46030840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010135822/05A RU2446098C1 (ru) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Углеродный материал |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2446098C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2558590C1 (ru) * | 2014-03-31 | 2015-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Промышленные Инновационные Технологии Национальной Коксохимической Ассоциации" (Ооо "Проминтех Нка") | Способ получения углеродного сорбента из углеродсодержащего материала |
| WO2017222420A2 (ru) | 2016-06-22 | 2017-12-28 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Блочный нанопористый углеродный материал для аккумулирования природного газа, метана и способ его получения |
| RU2736586C1 (ru) * | 2019-07-09 | 2020-11-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Формованный наноструктурированный микропористый углеродный сорбент и способ его получения |
| CN114275761A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 中国科学院江西稀土研究院 | 一种产单线态氧的碳材料及其制备方法和用途 |
| RU2826388C1 (ru) * | 2023-12-28 | 2024-09-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Наноструктурированный пористый углеродный материал |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416056A (en) * | 1993-10-25 | 1995-05-16 | Westvaco Corporation | Production of highly microporous activated carbon products |
| US5710092A (en) * | 1993-10-25 | 1998-01-20 | Westvaco Corporation | Highly microporous carbon |
| US6251822B1 (en) * | 1998-07-20 | 2001-06-26 | Corning Incorporated | Method of making activated carbon derived from pitches |
| RU2307704C1 (ru) * | 2006-02-09 | 2007-10-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Наноструктурированный микропористый углеродный материал |
| RU2311227C1 (ru) * | 2006-02-09 | 2007-11-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Способ получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью |
-
2010
- 2010-08-30 RU RU2010135822/05A patent/RU2446098C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416056A (en) * | 1993-10-25 | 1995-05-16 | Westvaco Corporation | Production of highly microporous activated carbon products |
| US5710092A (en) * | 1993-10-25 | 1998-01-20 | Westvaco Corporation | Highly microporous carbon |
| US6251822B1 (en) * | 1998-07-20 | 2001-06-26 | Corning Incorporated | Method of making activated carbon derived from pitches |
| RU2307704C1 (ru) * | 2006-02-09 | 2007-10-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Наноструктурированный микропористый углеродный материал |
| RU2311227C1 (ru) * | 2006-02-09 | 2007-11-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Способ получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГУСЕВ А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005, с.13. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2558590C1 (ru) * | 2014-03-31 | 2015-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Промышленные Инновационные Технологии Национальной Коксохимической Ассоциации" (Ооо "Проминтех Нка") | Способ получения углеродного сорбента из углеродсодержащего материала |
| WO2017222420A2 (ru) | 2016-06-22 | 2017-12-28 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Блочный нанопористый углеродный материал для аккумулирования природного газа, метана и способ его получения |
| DE112017003150T5 (de) | 2016-06-22 | 2019-05-29 | Publichnoe Aktsionernoe Obschestvo "Gazprom" | Nanoporöses Kohlenstoffmaterial in Blöcken für die Akkumulation von Erdgas oder Methan, und eine Methode zu deren Herstellung |
| RU2736586C1 (ru) * | 2019-07-09 | 2020-11-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Формованный наноструктурированный микропористый углеродный сорбент и способ его получения |
| CN114275761A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 中国科学院江西稀土研究院 | 一种产单线态氧的碳材料及其制备方法和用途 |
| RU2826388C1 (ru) * | 2023-12-28 | 2024-09-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Наноструктурированный пористый углеродный материал |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Serafin et al. | Activated carbons—preparation, characterization and their application in CO2 capture: a review | |
| Williams et al. | Modification, production, and methods of KOH‐activated carbon | |
| Liu et al. | Hydrothermal carbonization of holocellulose into hydrochar: Structural, chemical characteristics, and combustion behavior | |
| Manocha | Porous carbons | |
| Lua et al. | Effect of activation temperature on the textural and chemical properties of potassium hydroxide activated carbon prepared from pistachio-nut shell | |
| Srinivas et al. | Graphene oxide derived carbons (GODCs): synthesis and gas adsorption properties | |
| Khalil et al. | Activated carbon from various agricultural wastes by chemical activation with KOH: preparation and characterization | |
| Li et al. | Activated carbon/ZnO composites prepared using hydrochars as intermediate and their electrochemical performance in supercapacitor | |
| Song et al. | Superior carbon-based CO2 adsorbents prepared from poplar anthers | |
| Kopac et al. | Preparation of activated carbons from Zonguldak region coals by physical and chemical activations for hydrogen sorption | |
| Gong et al. | High-value utilization of lignin to prepare N, O-codoped porous carbon as a high-performance adsorbent for carbon dioxide capture | |
| Wang et al. | De-intercalation of the intercalated potassium in the preparation of activated carbons by KOH activation | |
| RU2366501C1 (ru) | Способ получения мезопористого углеродного материала | |
| Lu et al. | Porous carbons for carbon dioxide capture | |
| Cruz Jr et al. | Microwave-Assisted hydrothermal carbonization and characterization of Amazonian biomass as an activated carbon for methane adsorption | |
| Zhou et al. | Carbon-based CO2 adsorbents | |
| Zhang et al. | Preparation of hierarchical porous carbons from sodium carboxymethyl cellulose via halloysite template strategy coupled with KOH-activation for efficient removal of chloramphenicol | |
| JP6972455B2 (ja) | 天然ガスまたはメタンを蓄積するためのブロック状のナノ多孔質炭素材料、およびその材料を得るための方法 | |
| Sivadas et al. | Solvothermal synthesis of microporous superhydrophobic carbon with tunable morphology from natural cotton for carbon dioxide and organic solvent removal applications | |
| Chistyakov et al. | Methods for preparing carbon sorbents from lignin | |
| Devi et al. | Rice straw: a major renewable lignocellulosic biomass for value-added carbonaceous materials | |
| RU2446098C1 (ru) | Углеродный материал | |
| RU2311227C1 (ru) | Способ получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью | |
| Ania et al. | Nanoporous carbons with tuned porosity | |
| Sidek et al. | Effect of impregnated activated carbon on carbon dioxide adsorption performance for biohydrogen purification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170831 |