[材料科学]第15、16讲：碳素材料.ppt

（2）超高功率石墨电极 比电阻低 机械强度高 允许的电流密度高 主要骨料是针状焦，沥青作粘合剂，石墨化温度控制在2500℃以上 2.4.2 不透性石墨 浸渍型，模压型，浇注型 （1）常用的合成树脂 酚醛树脂、糠酮树脂和糠醇树脂等 耐腐蚀性 耐强酸和更高的温度 （2）应用 换热器 降膜吸收塔 盐酸合成塔 文丘里管 生产三氯乙醛的氯化反应塔 蒸发器 （3）发展 不透性石墨设备 聚四氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等 3 活性炭 无定形碳和数量不等的灰分构成的多孔性炭制品。 优质吸附剂 3.1 活性炭的孔结构和表面性质 3.1.1 孔结构 （1）孔的大小和形状 微孔 过渡孔 大孔 0.1~20? 20~1000? 1000? 孔隙 近圆形 裂口状 沟槽状 狭缝状 瓶颈状 多层吸附 吸附通道 毛细管凝结 吸附 （2）比表面积 m2/kg 测定方法 BET法 （3）孔径分布 测定方法 压汞法及毛细管凝结法 1.3.2 表面性质 3.2 活性炭的制造方法 3.2.1 原料选择 （1）煤 煤化程度高 气相吸附、净化水、催化剂载体 煤化程度低 液相吸附、气体脱硫确 大孔径催化剂的载体 原料煤灰分10% （2）木材和果壳 （3）其他 石油焦、泥炭、合成树脂、废塑料等 3.2.2 炭化 （1）成型 粘合剂 煤焦油、纸浆黑液、羟甲基纤维素 聚乙烯等 挤条成型 造球成型 螺旋挤压机 柱塞挤压机 圆盘造球机 （2）炭化条件 炭化：煤的有机质发生热分解和析出挥发分的过程。 （3）炭化炉类型 回转式炭化炉 立式炭化炉 多层耙式炭化炉 其他：移动式炭化炉、流态化炭化炉和移动式干馏釜等。 3.2.3 活化 气体活化法 化学药剂活化法 （1）气体活化的作用 开孔作用 扩孔作用 形成新孔 （2）气体活化的分类 水蒸汽活化法 C+H2O→CO+H2-130kJ 二氧化碳活化法 C+CO2→CO-170kJ 混合气体活化法 （3）影响气体活化的因素 活化剂 水蒸汽 活化剂流速 活化温度 活化时间和烧失率 其他 （4）活化炉 斯普列活化炉 回转活化炉 多管活化炉 其他 （5）化学药剂活化法 氧化锌、磷酸和硫酸钾等 木屑 3.2.4 煤制活性炭的主要品种和规格 3.3 活性炭的应用和再生 3.3.1 活性炭的应用 （1）活性炭的吸附特点 疏水性的非极性吸附剂 比表面积大，孔隙结构发达 不同活化方法得到的活性炭的表面性质不同 催化作用 性质稳定、容易再生 （2）活性炭的应用 净化水 催化剂载体 气体脱硫 空气净化 气相吸附 其他 3.3.2 活性炭的再生 吸附饱和后失去活性的活性炭用物理、化学或生物化学方法等将所吸附的物质脱除而使其活性恢复的过程。 （1）再生 方法 （2）高温再生设备和再生条件 斯普列炉 回转炉 多层耙式炉 基本参照活化条件 4 碳分子筛 具有特别发达的微孔结构的特种活性炭 4.1 碳分子筛的分离原理和特点 4.1.1 碳分子筛分离原理 （1）扩散速度不同 * 内蒙古工业大学化工学院 2011-4 煤的碳素制品 张永锋 * * * 煤直接液化 目录 碳素制品的性质、种类和用途 电极碳 活性碳 碳分子筛 碳素纤维 * * * 煤直接液化 1 碳素制品的性质、种类和用途 1.1 热性能 1.2 电性能 1.3 化学稳定性 1.4 自润滑性和耐磨性 1.5 减速性和反射性 1.6 碳素制品的种类和用途 1.1 热性能 （1）耐热性 在非氧化气氛中，碳是耐热性最强的材料。在大气压力下，碳的升华温度高达3350±25℃。 机械强度开始不但不随温度增加而降低，相反随之不断提高，如室温时平均抗拉强度约为196kPa,2500℃时则增加到392kPa，正好一倍，碳要在2800℃以上才失去强度。 1.1 热性能 （2）热传导性 石墨在平行于层面方向的热导率可和铝相比，而在垂直方向的热导率和黄铜相比。 （3）热膨胀率小 膨胀系数a=（3-8）х10-6/℃，有的甚至只有（1-3）х10-6/℃，故能耐急冷急热。 1.2 电性能 人造石墨的电阻介于金属和半导体之间，电阻的各向异性很明显，平行于层面方向的电阻为 5х10-5Ω·cm，垂直方向则比其要大100-1000倍。 1.3 化学稳定性 石墨具有出色的化学稳定性，除了不能长期浸泡在硝酸、硫酸、氢氟酸和其它强氧化性介质中外，不受一般酸、碱和盐的影响，所以是优良的耐腐蚀材料。 1.4 自润滑性和耐磨性 石墨对各种表面都有很高的附着性，沿解离面易于滑动，故有很好的自润滑性。 同时由于石墨滑移面上的碳原子六方网状结构形成了保护层，所以它又具有较高的耐磨性。 1.5 减速性和反射性 石墨对中子有减速和反