專利名稱：一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳分子篩的制備方法，尤其是一種利用酚醛樹脂類工業(yè)廢舊材料為原
料制備碳分子篩的方法。
背景技術(shù)：
碳分子篩是一種炭質(zhì)多孔材料，孔為狹縫型，壁普通活性炭孔徑分布狹窄，大約在 0. 5 1. Omm左右，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及疏水性，可用于催化劑載體或吸附劑，特 別是用于空氣中分離氮、氧，制取氮?dú)鈺r(shí)常用碳分子篩進(jìn)行吸附和分離，該技術(shù)是利用氧氣 與氮?dú)夥肿拥膭恿W(xué)直徑的差異引起兩種氣體分子在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率的不同實(shí) 現(xiàn)氧氣和氮?dú)獾姆蛛x。目前碳分子篩的制備原料主要有各種煤、褐煤；植物類外殼；有機(jī)高分子聚合 物，如酚醛樹脂、薩蘭樹脂等等，不同的原料會影響產(chǎn)品的最終性能。以煤為原料制備碳分 子篩因其成本較高，固很少使用；采用植物類外殼為原料制備碳分子篩，產(chǎn)品的性能較差因 此也不宜推廣使用。相比前兩者，有機(jī)高分子聚合物具有確定的大分子結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)含量低， 適合作為制備碳分子篩的原料，但全部采用酚醛樹脂為原料，其成本也不菲。目前酚醛樹脂 廣泛應(yīng)用在機(jī)械、電子、交通、汽車制造、建筑工程、水利工程、航天航空技術(shù)、絕緣材料、摩 擦材料等等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，在應(yīng)用過程中產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢料，但目前這種廢料往往被 遺棄，不僅浪費(fèi)了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還對環(huán)境造成了污染。若能收集這些工業(yè)廢料材料并加以改 性，便可實(shí)現(xiàn)廢物再利用，同時(shí)又減少了環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種以廢舊工業(yè)材料為原 料制備碳分子篩的方法，使酚醛樹脂類廢舊工業(yè)材料得到了很好的回收再利用，提高其經(jīng) 濟(jì)價(jià)值，降低碳分子篩的制備成本，且制備工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好。 為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分 子篩的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)原材料預(yù)處理，將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料進(jìn)行干燥固化、粉碎，將粉碎后 的原材料與粘結(jié)劑混合，擠壓成型，制成條形粒子。 (2)炭化處理，將步驟(1)中制成的條形粒子放入內(nèi)部沖有保護(hù)氣的水平轉(zhuǎn)爐內(nèi) 進(jìn)行恒溫加熱，降溫后得到炭化物。 (3)碳沉積，將炭化物在高溫下條件下加入烴類氣體作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭 化物進(jìn)行氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩。 進(jìn)一步的，所述步驟(1)中的干燥固化是將廢舊工業(yè)材料置于恒溫干燥箱內(nèi)在 150°C 60(TC的溫度下固化1 4小時(shí)，再使用球磨機(jī)進(jìn)行碾磨形成粒徑為6 20ym的原粉 料，將粉碎后的原料粉與粘結(jié)劑進(jìn)行l(wèi) : 1的混合并經(jīng)油壓機(jī)加壓成型，制成直徑0.5 3mm 的條形粒子。
更進(jìn)一步的，在干燥固化時(shí)加入鋁鹽、鐵鹽或鋰鹽中的一種或幾種，用于去除原材
料中的揮發(fā)性物質(zhì)。 更進(jìn)一步的，所述的粘結(jié)劑為焦油與水的混合物。 進(jìn)一步的，步驟(2)中炭化處理時(shí)炭化溫度控制在500 80(TC，并保持恒溫1小時(shí)。 更進(jìn)一步的，步驟(2)中炭化處理時(shí)所沖入的保護(hù)氣為氮?dú)狻?進(jìn)一步的，步驟(3)中所述的烴類調(diào)節(jié)劑是濃度為12g/M3N2的高溫苯蒸汽。 更進(jìn)一步的，所述步驟(3)中熱處理的溫度控制在600 110(TC，沉積時(shí)間控制在
廣5小時(shí)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)碳分子篩的制備方法相比，本發(fā)明由于以了廢舊的工業(yè)材 料為原料，原料來源穩(wěn)定且廣泛，充分利用了廢物制造高價(jià)值產(chǎn)品，減少了工業(yè)廢料對環(huán)境 的污染，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值；本發(fā)明方法無需復(fù)雜的工藝過程，制備方法簡單易行，生產(chǎn)過程 不會發(fā)生易燃易爆的情況，實(shí)施安全可靠，通過本方法制備的碳分子篩具有很高的氮氧分 離性能。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，包括如下步驟
原材料預(yù)處理，將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料置于恒溫干燥箱內(nèi)在150°C 600°C 的溫度下固化廣4小時(shí)，在干燥固化時(shí)加入鋁鹽、鐵鹽或鋰鹽中的一種或幾種，用于去除原 材料中的揮發(fā)性物質(zhì)；使用球磨機(jī)進(jìn)行碾磨形成粒徑為6 20 ii m的原粉料，將粉碎后原料 粉與粘結(jié)劑進(jìn)行l(wèi) : 1的混合并經(jīng)油壓機(jī)加壓成型，成型壓力為20Mpa，制成直徑0.5 3mm 的條形粒子，粘結(jié)劑為焦油與水的混合物。 炭化處理，將預(yù)處理后的原材料放入炭化爐內(nèi)炭化，炭化溫度控制在500 80(rC， 并保持恒溫1小時(shí)；在炭化時(shí)加入沖入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。炭化是基于加熱過程中各基團(tuán)、橋 鍵、自由基及芳烴等復(fù)雜的分離聚合反應(yīng)，表現(xiàn)為炭化物孔隙率的發(fā)展、孔徑的擴(kuò)大和收 縮，形成具有一定孔隙的炭化物。 碳沉積，碳沉積是改善碳分子篩的空分性能，、調(diào)整其孔隙結(jié)構(gòu)的有效方法。
將炭化物在600 110(TC的溫度條件下加入烴類氣體作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭 化物進(jìn)行氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩；本發(fā)明采用了濃度為12g/M3N2的高溫苯 蒸汽作為調(diào)節(jié)劑，沉積時(shí)間控制在1 5小時(shí)。
沉積結(jié)束后冷卻便可得到碳分子篩產(chǎn)品。
下面為具體的實(shí)施例 實(shí)施例一 將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料與1%的鋁鹽同置于恒溫干燥箱內(nèi)并在 20(TC的溫度下固化1小時(shí)；在有氧氣氛下處理，然后使用球磨機(jī)碾磨得到粒徑為20ym的 原粉料，取混合焦油類粘合劑與原粉料l : l混合，使用油壓機(jī)擠壓成型制成lmm的條形粒 子作為炭化原料。將條形粒子放入水平轉(zhuǎn)爐內(nèi)炭化，以10°C /min的速度將溫度升550°C， 之后保持恒溫1小時(shí)；在炭化時(shí)加入沖入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，降溫后的得到炭化物，將炭化物在 80(TC的溫度條件下加入濃度為12g/M3N2的苯蒸汽作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭化物進(jìn)行 氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩。 實(shí)施例二 將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料與1%的鐵鹽同置于恒溫干燥箱內(nèi)并在40(TC的溫度下固化2小時(shí)；在有氧氣氛下處理，然后使用球磨機(jī)碾磨得到粒徑為15iim的原粉料，取混合焦油類粘合劑與原粉料l : l混合，使用油壓機(jī)擠壓成型制成2mm的條形粒子作為炭化原料。將條形粒子放入水平轉(zhuǎn)爐內(nèi)炭化，以10°C /min的速度將溫度升650°C，之后保持恒溫1小時(shí)；在炭化時(shí)加入沖入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，降溫后的得到炭化物，將炭化物在95(TC的溫度條件下加入濃度為12g/M3N2的苯蒸汽作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭化物進(jìn)行氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩。 實(shí)施例三將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料與1%的鋰鹽同置于恒溫干燥箱內(nèi)并在550°C的溫度下固化3. 5小時(shí)；在有氧氣氛下處理，然后使用球磨機(jī)碾磨得到粒徑為6 i！ m的原粉料，取混合焦油類粘合劑與原粉料l : l混合，使用油壓機(jī)擠壓成型制成3mm的條形粒子作為炭化原料。將條形粒子放入水平轉(zhuǎn)爐內(nèi)炭化，以10°C /min的速度將溫度升750°C，之后保持恒溫1小時(shí)；在炭化時(shí)加入沖入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，降溫后的得到炭化物，將炭化物在105(TC的溫度條件下加入濃度為12g/M3N2的苯蒸汽作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭化物進(jìn)行氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩。 顯而易見的是，具體實(shí)施方式
中分給出的若干個(gè)具體實(shí)施例僅是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明而非限定，在實(shí)際生產(chǎn)中，還可以在權(quán)利要求范圍內(nèi)通過改變粘合劑、調(diào)節(jié)劑的組份來達(dá)到最終產(chǎn)品不同的使用效果，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明方法作出任何改變，但只要不脫離本發(fā)明的精神，均應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求所定義的范圍。
權(quán)利要求
一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特征在于包括如下步驟(1)原材料預(yù)處理，將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料進(jìn)行干燥固化、粉碎，將粉碎后的原材料與粘結(jié)劑混合，擠壓成型，制成條形粒子。(2)炭化處理，將步驟(1)中制成的條形粒子放入內(nèi)部沖有保護(hù)氣的水平轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行恒溫加熱，降溫后得到炭化物。(3)碳沉積，將炭化物在高溫下條件下加入烴類氣體作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭化物進(jìn)行氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特征在 于所述步驟(1)中的干燥固化是將廢舊工業(yè)材料置于恒溫干燥箱內(nèi)在150°C 60(TC的溫 度下固化廣4小時(shí)，再使用球磨機(jī)進(jìn)行碾磨形成粒徑為6 20 ii m的原粉料，將粉碎后的原料 粉與粘結(jié)劑進(jìn)行l(wèi) : 1的混合經(jīng)油壓機(jī)加壓成型，制成直徑0.5 3mm的條形粒子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特征 在于在干燥固化時(shí)加入鋁鹽、鐵鹽或鋰鹽中的一種或幾種，用于去除原材料中的揮發(fā)性物 質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特 征在于所述的粘結(jié)劑為焦油與水的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特征在 于步驟(2)中炭化處理時(shí)，炭化溫度控制在500 80(TC，并保持恒溫1小時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特 征在于步驟(2)中炭化處理時(shí)所沖入的保護(hù)氣為氮?dú)狻?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特征在 于步驟(3)中所述的烴類調(diào)節(jié)劑是濃度為12g/M3N2的高溫苯蒸汽。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，其特 征在于所述步驟(3)中熱處理的溫度控制在600 110(TC，沉積時(shí)間控制在1 5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以廢舊工業(yè)材料為原料制備碳分子篩的方法，包括如下步驟原材料預(yù)處理，將酚醛樹脂類的廢舊工業(yè)材料進(jìn)行干燥固化、粉碎，將粉碎后的原材料與粘結(jié)劑混合，擠壓成型，制成條形粒子。炭化處理，將制成的條形粒子放入內(nèi)部沖有保護(hù)氣的水平轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行恒溫加熱，降溫后得到炭化物。碳沉積，將炭化物在高溫下條件下加入烴類氣體作為調(diào)節(jié)劑進(jìn)行熱處理，對炭化物進(jìn)行氣相碳沉積補(bǔ)孔，冷卻后得到碳分子篩。與傳統(tǒng)碳分子篩的制備方法相比，本發(fā)明由于以廢舊的工業(yè)材料為原料，原料來源穩(wěn)定且廣泛，充分利用了廢物制造高價(jià)值產(chǎn)品，減少了工業(yè)廢料對環(huán)境的污染，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值；本發(fā)明方法無需復(fù)雜的工藝過程，制備方法簡單易行。
文檔編號C01B31/00GK101717082SQ20091015486
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者李礦明 申請人:李礦明