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碳分子筛的制备与应用研究进展
赵海华;李广学;任少阳;彭飞;马钊;董安周;段艳文
【摘要】综述了碳分子筛的各种制备方法,如炭化法、气体活化法、碳沉积法等,
介绍了碳分子筛在气体分离、除杂脱色、催化等领域的应用,并提出了碳分子筛的
研究热点展望。%ThepreparationmethodofCarbonMolecularSievesuch
ascarbonization,gasactivation,chemicalvapordepositionarereviewedin
thispaper.AlsotheapplicationofCarbonMolecularSieveingas
separation,edulcorationanddecoloration,catalysis.Finallyoutlookthe
applicationprospectoftheCarbonMolecularSieve.
【期刊名称】《安徽化工》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】3页(P9-11)
【关键词】碳分子筛;制备;应用
【作者】赵海华;李广学;任少阳;彭飞;马钊;董安周;段艳文
【作者单位】安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学
工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安
徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽
淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学
工程学院,安徽淮南232001
【正文语种】中文
【中图分类】TQ424.1
碳分子筛(CarbonMolecularSieve,CMS)广义上是拥有纳米级超细微孔的一
种非极性炭质吸附材质,狭义上是微孔分布较均匀的活性炭,因其由无定形炭与结
晶炭组成,所以碳分子筛的孔隙结构很发达,并且具有独特的表面特征[1]。因为
CMS的楔形微孔与被吸附分子直径大小接近,大部分是有效微孔,并且具有根据
分子大小调整CMS孔径大小的特点,从而具有筛选分子的能力。CMS独特的孔
隙结构以及稳定的化学性质使其在化学工业中应用广泛,此外,在氮氢生产、废水
处理、环境保护、军事国防、防毒面具等领域也得到广泛的应用。
关于碳分子筛最早的报道是二十世纪中期艾米特发现热解sarancopolymer的炭
化物具有筛分作用。几十年来,德国、日本、美国、前苏联等都在这一研究领域取
得较大进展。二十世纪70年代初BF公司(现为DMT公司)成为第一个成功研
究出用于变压吸附制氮的碳分子筛的公司。国际上主要的生产碳分子筛的国家有德
国BF公司、日本武田公司以及美国卡尔冈炭化公司[2]。炭分子筛在我国的研究始
于二十世纪70年代末,主要是吉林石油化工设计院、上海化工研究院、大连理工
大学等单位。我国早期的碳分子筛主要是以含碳量较高的煤炭为原料,分别由上海
化工研究院和吉林石油化工设计院开发成功,制得的产品和其他国家有很大差距。
二十世纪80年代初期大连理工大学开发出了空分碳分子筛的生产方法,1992年
果壳制碳分子筛新工艺技术实现工业化[3],2006年煤基空分用碳分子筛的制备技
术实现工业化,产品性能达到国际领先水平。
制备碳分子筛的原料很多,来源也很广。理论上可由不同的初始材料经过不同的制
备工艺,得到孔径大小和分布各异的碳分子筛。实验表明,低灰分产率、高含碳量
和高挥发分的原料比较适合制备高性能的碳分子筛[4]。
1.1碳分子筛的制备原料
影响碳分子筛性能的因素有很多,其中原料是决定其性能的首要因素。碳分子筛的
制备材料种类很多,从自然的产物到人工合成的高分子聚合物,主要有三类:
(1)各种不同煤化程度的煤(包括泥煤、褐煤、长烟煤、烟煤、无烟煤等)[5],
从煤化程度低的泥煤到优质的无烟煤及它们的混合物均可作为原料。煤的衍生物主
要包括煤的氢化液化产物和煤低温干馏的煤焦等。
(2)天然植物,主要是植物的核或坚果壳,如核桃壳[6]、木料[7]、椰子壳等各
种果壳以及植物纤维素。
(3)有机高分子聚合物,如酚醛树脂、萨兰树脂、芳香族聚酸胺纤维等。
1.2碳分子筛的制备方法
碳分子筛的制备方法一般包含以下步骤:①原料碾碎、预处理(有些可以不用)、
加粘结剂成型、干燥;②成型后在惰性气氛
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