第4章 多孔炭材料材料.ppt

CMS从焦炉煤气中分离氢就是一个典型的应用实例。 焦炉气中的所有成分都可以被CMS吸附下来。由于氢的分 子量最小，其吸附容量最低，故直接穿过吸附塔，而其他 成分，如CH4、CO、CO2和N2等组分则被吸附。 应当指出，随CMS应用范围的扩大，关于不同成分的 分离机理还需要进一步研究。 碳分子筛的分离实例 碳分子筛的制备 制造CMS的原料非常广泛，从天然产物到合成的高 分子聚合物均可用来制造CMS，包括煤、木材、果壳、 石油焦、沥青、碳纤维等。 一般来讲，选择原料时要考虑原料的灰分、挥发分、 含碳量等因素。 碳分子筛的制备 CMS的制备工艺因原料的不同而存在差异。粒 状的CMS的技术路线基本相似，可以概括如下： 前驱体材料→ 粉碎→ 预处理→ 加胶粘剂捏合成型→ 干燥 → 碳化→ （活化）→ 调整孔径分布→ CMS 挥发分从碳质基体中的孔道逃逸，从而造成新的也孔隙并使表面积增大 碳质基体表面、边缘活泼的碳氧子与氧化性气氛发生反应形成孔隙，或使封闭孔打开。 活化剂有：水蒸气、空气、CO2、KOH、KCl、ZnCl2、H3PO4等 ? 热收缩 ? 控制前驱体的碳化条件、均匀造孔 ? 有机物涂在碳质吸附剂上后，经固化和碳化， 使涂层形成微孔炭起到了分子筛的作用 ? 化学气相沉积法 ? 浸渍有机溶液再碳化 ? 无机物浸渍 常用控制孔径的方法 例：以煤为原料制备CMS 煤 预氧化 粉碎 混合 积压成型 干燥 碳化 活化 碳沉积 产品 粘结剂 助剂 对黏结性烟煤和高变质无烟煤有利，对高挥发分的不粘煤有害 调整孔隙 碳沉积的作用 从空气分离的角度说，CMS的孔分为三类： 死孔——氧气、氮气均不能进入的孔； 有效孔——氧气、氮气分子能以不同的扩散速率进入，起分离作用； 无效孔——孔径大于第二类有效孔的孔径，氧气、氮气分子均能迅速进入但无分离作用。 因此为了获得性能良好的CMS产品，必须对碳化物 的孔隙进行调整，即缩小其无效孔的孔径，增加其有效 孔容。这就是碳沉积的作用。 碳沉积的原理 原理是基于将有机高分子化合物、烃类气体分子与CMS 接触，在适当的温度下使其裂解析出游离碳并在大孔和中孔 的入口处积碳，从而使孔径缩小，实现产品孔隙均一化。 碳沉积的方法通常有两种：一是将原料用有机物浸泡， 干燥，再在适当的温度下碳沉积；二是烃类的气相热解法， 亦CVD法，适当温度下在反应器中通入气态烃使其分解，析 出的一部分热解碳沉积在CMS大孔入口处，孔隙得到调变。 碳沉积要求在最低程度地减小原料CMS/煤焦的微孔容 积条件下，减小CMS孔径的分布范围。 碳分子筛的应用 作为碳质吸附材料，碳分子筛已经用于空气分离制氮、催化剂载体、脱除天然气中的杂质CO2和H2O，饮料的除臭、香烟的过滤嘴、色谱的固定相等等。 碳分子筛的应用 磁性材料 医药 ? ? ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? 电子行业 啤酒饮料 冶金工业 医疗 ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? 金属热处理 石油开采 化学工业 煤矿灭火 ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? ????? ?????????????????????????????? ??????????? * 作为碳质吸附剂，CMS与活性炭在化学组成上并没有什么本质的区别。两者的主要区别在于孔径分布和孔隙率的不同。CMS的孔隙率远低于活性炭，主要以微孔为主，微孔孔径分布集中在0.3-1.0nm的狭窄范围内，微孔的入口形状为狭缝平板形，孔容一般小于0.25cm3/g，其中微孔体积占CMS全部孔隙体积的90%以上。 与沸石分子筛的区别 CMS是非极性的吸附剂,具有输水性，用于气体分离时，对原料气干燥的程度要求不高；ＣＭＳ的孔隙有一定的分布范围且形状多样、不太规则，微孔入口形状多为狭缝平板形；而沸石类分子筛中的孔隙大小单一，孔隙入口呈圆形或椭圆形。 CMS的吸附分离是基于动力学效应，因为其孔径分布可以使不同的气体以不同的速度扩散进入其内部孔道，因而不会排拆混合气体中的任何一种气体