Способ изготовления углеродных пористых материалов

Изобретение относится к технологии изготовления углеграфитовых материалов и касается способов изготовления пористых углеродных материалов на основе мелкозернистых композиций преимущественно для использования в качестве фильтрующих элементов в процессах микро- и ультрафильтрации. Согласно способу порообразователь диспергируют путем разбавления высокодисперсным углеродистым порошком в процессе совместного размола-смешения. Затем полученную смесь вводят в шихту, причем в качестве углеродистого порошка используют технический углерод или коллоидный графит с размером частиц не более 0,5 мкм, а отношение порообразователя к разбавителю составляет 1:1-1:2. Техническим результатом изобретения является повышение проницаемости пористых углеродных материалов. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к технологии изготовления углеграфитовых материалов и касается способов изготовления пористых углеродных материалов на основе мелкозернистых композиций преимущественно для использования в качестве фильтрующих элементов в процессах микро- и ультрафильтрации.

Наиболее распространенным способом изготовления пористых углеродных материалов является введение в шихту порообразователя [1]. В качестве порообразователя используются различные вещества, разлагающиеся при обжиге формованных заготовок, как правило, при температурах, превышающих температуру полукоксования связующего. К порообразователю предъявляется ряд требований технологического, экологического и экономического характера. В наибольшей степени комплексу этих требований удовлетворяет хлористый натрий, который нашел наибольшее применение в производстве пористых углеродных материалов [2].

Пористая структура обожженного материала - общая пористость и размеры пор - зависит от количества вводимого в шихту порообразователя и его дисперсности. Известно, что при использовании в качестве порообразователя хлористого натрия поры обожженного углеродного материала представляют собой пустоты, образованные при разложении частиц хлористого натрия в процессе обжига.

Материалы, используемые в процессах фильтрации, должны иметь высокую проницаемость и пористую структуру в виде сообщающихся канальных пор, и поэтому в процессе их изготовления важное значение имеет характер распределения порообразователя в шихте и соотношение дисперсности частиц основного наполнителя и порообразователя. Для формирования такой пористой структуры частицы порообразователя должны располагаться вокруг частиц основного наполнителя, для чего их дисперсность должна быть на порядок выше дисперсности частиц основного наполнителя.

Известные способы изготовления пористых углеродных материалов с использованием порообразователя не обеспечивают выполнения указанных выше условий, особенно в случае изготовления материалов на основе мелкозернистых композиций.

Целью предлагаемого способа является повышение проницаемости пористых углеродных материалов.

Указанная цель достигается за счет того, что порообразователь диспергируют путем разбавления высокодисперсным углеродистым порошком в процессе совместного размола-смешения. Затем полученную смесь вводят в шихту, причем в качестве углеродистого порошка используют технический углерод или коллоидный графит с размером частиц не более 0,5 мкм, а отношение порообразователя к разбавителю составляет 1:1-1:2.

При размоле порообразователя, обычно используемом в известных способах, не происходит его достаточного диспергирования, т.к. параллельно с процессом измельчения идет процесс агрегации частиц. При совместном размоле порообразователя с инертным по отношению к нему высокодисперсным углеродистым порошком частицы последнего препятствуют агрегации образующихся в процессе размола частиц порообразователя и обеспечивают получение необходимой дисперсности.

Полученная таким образом высокодисперсная смесь вводится в шихту и в процессе смешения с основным, менее дисперсным наполнителем, образующим каркас материала, располагается по границам его частиц, обеспечивая при обжиге формирование пористой структуры в виде сообщающихся канальных пор и получение материалов с высокой проницаемостью.

Высокодисперсный углеродистый порошок в процессе измельчения порообразователя играет роль разбавителя, а в процессе смешения с основным наполнителем обеспечивает необходимое распределение порообразователя в структуре материала.

Получаемые по предлагаемому способу углеродные материалы по сравнению с материалами, получаемыми по известным способам, при одинаковом содержании порообразователя имеют более высокие открытую пористость, проницаемость и прочностные характеристики.

Ниже приведены примеры изготовления пористого углеродного материала по предлагаемому способу.

Пример 1.

В качестве порообразователя использовали технический хлористый натрий, в качестве разбавителя - технический углерод Т900. Указанные компоненты в весовом соотношении 1:1 загружали в вибромельницу и подвергали совместному размолу в течение 20 минут. В качестве основного наполнителя использовали пековый кокс ситового состава (табл.1).

Таблица 1.
Размер ячеек сита, мкм	Содержание фракции, %масс.
-025+01	3-5
-01+0045	35-40
-0045	55-60

Компоненты шихты - вибромолотую смесь хлористого натрия и Т900 в количестве 40% и пековый кокс в количестве 60% - загружали в смеситель с Z-образными лопастями и перемешивали в течение 60 минут с подогревом до 100° С, затем в смеситель заливали связующее - каменноугольный пек, разогретый до температуры 110-120° С в количестве 31% к весу сухих порошков шихты и продолжали смешение порошков со связующим в течение 90 минут. Из полученной массы путем экструдирования формовали трубчатые заготовки следующих размеров:

диаметр наружный 10 мм

диаметр внутренний 6 мм

длина 1200 мм

Формованные заготовки обжигали при температуре 1300° С.

Пример 2.

По технологии примера 1, но в качестве порошка разбавителя при диспергировании хлористого натрия использовали коллоидный графит с размером частиц менее 0,5 мкм. На полученных образцах определялась общая и открытая пористость, газопроницаемость, предел прочности на сжатие и прочность на изгиб. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Для сравнения в табл.2 приведены характеристики образцов, изготовленных по известной технологии одинакового композиционного состава с примером 1.

Таблица 2.
	Обращая пористность, %	Открытая пористость, %	Максимальный размер пор, мкм	Газопроницаемость, л/м2·ч	Предел и прочности на сжатие, кгс/см2	Прочность на изгиб, кгс
Пример 1	35,5	27,0	10,4	32500	280	45
Пример 2	31,0	23,5	8,2	28000	270	42
Известный способ	31,5	20,3	51,2	8500	210	38

Представленные результаты показывают, что материалы, изготовленные по предлагаемому способу, при практически одинаковой общей пористости с материалом, изготовленным по известному способу, имеют по сравнению с ним более высокую прочность, существенно более мелкие поры и значительно более высокую проницаемость, что и свидетельствует о достижении поставленной цели.

Источники информации

1. Мустафина Ф.Н., Соляков В.К. Опытно-промышленное получение обожженных углеродных материалов с повышенной пористостью. - В сб. Конструкционные углеграфитовые материалы. - М., “Металлургия”, 1964, №1, с.48-57.

2. Бутырин Г.М. Высокопористые углеродные материалы. - М., “Химия”, 1976. – 190 с.

1. Способ изготовления пористых углеродных материалов, включающий введение в шихту порообразователя, формование заготовок, обжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения проницаемости материалов, порообразователь предварительно диспергируют путем разбавления высокодисперсным углеродистым порошком в процессе совместного вибрационного размола-смешения, а затем полученную смесь вводят в шихту.

2. Способ по п.1, в котором в качестве углеродистого порошка используют технический углерод.

3. Способ по п.1, в котором в качестве углеродистого порошка используют коллоидный графит с размером частиц не более 0,5 мкм.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором отношение порообразователь-разбавитель составляет 1:1-1:2.