一种用生物质焦油制备泡沫炭材料的方法.pdf

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1、10申请公布号CN101955179A43申请公布日20110126CN101955179ACN101955179A21申请号201010263237022申请日20100826C01B31/0220060171申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号申请人国际竹藤网络中心72发明人陈晓红孟月娜岳永德刘磊宋怀河54发明名称一种用生物质焦油制备泡沫炭材料的方法57摘要本发明提供了一种使用生物质焦油制备泡沫炭的方法。首先用生物质焦油合成出缩合多环芳烃树脂，然后将合成的树脂经氧化、发泡、炭化得到泡沫炭。制备出的泡沫炭具有空间网状结构和较高的开口气孔率，密度为021G/CM3，泡。

2、孔孔径为50500M，抗压强度可达134MPA，而且具有良好的热稳定性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页CN101955179A1/1页21一种泡沫炭的制备方法，其特征在于按下列方法制得步骤一按质量比05151称取生物质焦油和交联剂置于反应器内，搅拌均匀，加入质量为焦油和交联剂总质量49的催化剂，在120160惰性气氛下加热搅拌，反应16H后，得B阶缩合多环芳烃树脂；步骤二将B阶缩合多环芳烃树脂置于氧化剂于中，在空气氛围下，加热至高于树脂软化点1070，得氧化B阶树脂；步骤三将氧化B阶树脂研磨后装入常压定容模具中，在250400条件。

3、下加热30120MIN，得到泡沫树脂；步骤四将泡沫树脂放入炭化炉中，惰性气氛下升温至6001500，保温054H后冷却至室温，得到泡沫炭。2如权利要求1所述泡沫炭的制备方法，其特征在于所述生物质焦油选自竹焦油、木焦油中的一种。3如权利要求1所述泡沫炭的制备方法，其特征在于所述交联剂选自对苯二甲醇、甲醛、三聚甲醛中的一种。4如权利要求1所述泡沫炭的制备方法，其特征在于所述催化剂选自对甲苯磺酸、硫酸、无水ALCL3中的一种。5如权利要求1所述泡沫炭的制备方法，其特征在于所述氧化剂选自浓HNO3、浓H2SO4、H2O2中的一种。6一种运用权利要求1所述方法制得的泡沫炭，其特征在于具有以碳为骨架的网状。

4、结构和较高的开口气孔率，密度为021G/CM3，泡孔孔径为50500M。权利要求书CN101955179A1/4页3一种用生物质焦油制备泡沫炭材料的方法技术领域0001本发明涉及泡沫炭材料制备方法，特别涉及一种以生物质焦油为原料制备泡沫炭材料的方法。背景技术0002泡沫炭是一种以碳为骨架的多孔性碳材料，具有低密度、高强度、热力学稳定、高导热、耐化学腐蚀等优异的性能。由于其高强度以煤为原料可达83MPA可被用来代替炭纤维编织体；由于其热力学稳定且导热系数分布范围较宽005210W/MK，可以用来制备具有高导热性能或绝热性良好的材料，应用于大型换热器、高度集成计算机CPU的排热器件等，在航空航天领。

5、域中的火箭发动机、热防护系统等也有良好的应用前景。另外泡沫炭具有独特的多孔结构，在气体吸附以及锂氧电池、燃料电池等储能方面有很大的应用前景JINKIM，DEVELOPMENTOFPOROUSCARBONFOAMPOLYMERELECTROLYTEMEMBRANEFUELCELL，JOURNALOFPOWERSOURCES195201022912300。000320世纪60年代开发出来的泡沫炭是由热固性树脂热解制得，具有网状玻璃态结构FORDWMETHODOFMAKINGCELLULARREFRACTORYTHERMALINSULATINGMATERIALPUSPATENT31210501964。

6、；20世纪90年代，人们用中间相沥青作为前躯体，通过添加发泡剂或在高温高压下令中间相沥青自发泡，经过氧化、炭化、石墨化制备出新一代泡沫炭，这种泡沫炭不仅密度低、耐腐蚀性好，同时还具有高的导热率。美国人JAMESKLETT以萘基中间相沥青为原料，制备出的泡沫碳具有石墨韧带连接构成的球形开孔结构，比热导率可达铜的四倍以上JAMESKLETT等，HIGHTHERMALCONDUCTIVITY，MESOPHASEPITCHDERIVEDCARBONFOAMSEFFECTOFPRECURSORONSTRUCTUREANDPROPERTIES，CARBON382000953973。但是该方法使用的原料中间。

7、相沥青成本较高，且发泡过程对设备要求较高。0004美国WESTVIRGINIA大学的研究小组以煤为前躯体，将高挥发性烟煤在350550高温下处理，或抽提出煤沥青再经过发泡工艺进行发泡，得到密度在022G/CM3的泡沫炭。该泡沫炭具有优异得绝热性能和高强度。但是这种方法对原料煤的选择具有局限性，且制备工艺复杂，需要耐高温高压的设备。0005生物质焦油是在对木材、竹材等干馏或炭化加工过程中得到的副产物，含有大量的多环芳烃其酚类、醛类衍生物。以其为基础合成缩合多环芳烃树脂具有优异的耐高温特性，良好的可成形性，与碳材料良好的亲和性，而且表现出类似沥青的性质2009102376511。发明内容0006针。

8、对上述问题，本发明的目的是提供一种用生物质焦油合成出的缩合多环芳烃树脂制备泡沫炭的制备方法，按下列方法制得0007步骤一按质量比05151称取生物质焦油和交联剂置于反应器内，搅拌说明书CN101955179A2/4页4均匀，加入质量为焦油和交联剂总质量49的催化剂，在120160惰性气氛下加热搅拌，反应16H后，得B阶缩合多环芳烃树脂；0008步骤二将B阶缩合多环芳烃树脂置于氧化剂于中，在空气氛围下，加热至高于树脂软化点1070，得氧化B阶树脂；0009步骤三将氧化B阶树脂研磨后装入常压定容模具中，在250400条件下加热30120MIN，得到泡沫树脂；0010步骤四将泡沫树脂放入炭化炉中，惰。

9、性气氛下升温至6001500，保温054H后冷却至室温，得到泡沫炭。0011本发明进一步的优选方案是所述生物质焦油选自竹焦油、木焦油中的一种。0012本发明进一步的优选方案是所述交联剂选自对苯二甲醇、甲醛、三聚甲醛中的一种。0013本发明进一步的优选方案是所述催化剂选自对甲苯磺酸、硫酸、无水ALCL3中的一种。0014本发明进一步的优选方案是所述氧化剂选自浓HNO3、浓H2SO4、H2O2中的一种。0015本发明进一步的优选方案是制得的泡沫碳具有以碳为骨架的网状结构和较高的开口气孔率，密度为021G/CM3，泡孔孔径为50500M。0016本发明方法的优点在于以生物质焦油为原料实现了资源的有效。

10、利用，且原料来源广泛价格低廉，制备过程工艺简单，利用其本身未反应的可挥发组分以及受热缩聚交联产生的小分子发泡，无需发泡剂，无需惰性气氛和高压，对设备要求较低。制备出的泡沫炭孔径均匀，具有较高的抗压强度，耐热性能好。附图说明0017附图1为1000炭化得到的泡沫炭扫描电镜图SEM。0018附图2为1000炭化得到的泡沫炭热失重曲线TG。具体实施方式0019下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明0020实施例10021按质量比051称取10G竹焦油江苏江阴中巨农林科技有限公司和20G对苯二甲醇，按竹焦油和对苯二甲醇总质量4的比例称取12G对甲基苯磺酸为催化剂，置于三口烧瓶中，在氮气氛围下加热搅拌。

11、，恒温100反应1H后取出，得到B阶缩合多环芳烃树脂。0022取上述B阶树脂6G于烧杯中，加热至90，待树脂完全熔融后缓慢加入3ML浓HNO3并不断搅拌，至温度升至120，停止加热，将产物取出，研磨，得到氧化B阶树脂粉末。0023将氧化B阶树脂粉末装入常压恒容模具中震实，然后放入250马弗炉中，恒温30MIN后冷却取出，得到泡沫树脂。0024将泡沫树脂放入高温管式炭化炉中N2气氛下以4/MIN升温至600，保温05H后，以5/MIN速率降至室温，得到泡沫炭。0025如附图1扫描电镜SEM所示制得的泡沫炭具有较均匀的孔结构，且泡孔之间相说明书CN101955179A3/4页5互连通，泡沫炭的平均。

12、孔径约为240M。如附图2热失重曲线TG所示，该泡沫炭在经历1000高温后仅失重68，有良好的热稳定性。所制得的泡沫炭体积密度约为04G/CM3，在万能材料试验机上测其抗压强度约为134MPA，高于以中间相沥青和煤为原料制备出的泡沫炭的强度。0026实施实例20027按质量比31称取30G木焦油和10G对苯二甲醇，按木焦油和对苯二甲醇总质量6的比例称取24G对甲基苯磺酸为催化剂，置于三口烧瓶中，在氮气氛围下加热搅拌，恒温120反应3H后取出，得到B阶缩合多环芳烃树脂。0028取上述B阶树脂6G于烧杯中，加热至100，待树脂完全熔融后缓慢加入2ML浓H2SO4并不断搅拌，至温度升至140，停止加。

13、热，将产物取出，研磨，得到氧化B阶树脂粉末。0029将氧化B阶树脂粉末装入常压恒容模具中震实，然后放入300马弗炉中，恒温80MIN后冷却取出，得到泡沫树脂。0030将泡沫树脂放入高温管式炭化炉中N2气氛下以4/MIN升温至800，保温2H后，以5/MIN速率降至室温，得到泡沫炭。0031所得泡沫炭密度约为054G/CM3，平均孔径约为400M，抗压强度为10MPA。0032实施实例30033按质量比51称取50G竹焦油和10G对苯二甲醇，按竹焦油和对苯二甲醇总质量9的比例称取54G对甲基苯磺酸为催化剂，置于三口烧瓶中，在氮气氛围下加热搅拌，恒温160反应6H后取出，得到B阶缩合多环芳烃树脂。。

14、0034取上述B阶树脂6G于烧杯中，加热至120，待树脂完全熔融后缓慢加入4ML双氧水并不断搅拌，至温度升至140，停止加热，将产物取出，研磨，得到氧化B阶树脂粉末。0035将氧化B阶树脂粉末装入常压恒容模具中震实，然后放入400马弗炉中，恒温120MIN后冷却取出，得到泡沫树脂。0036将泡沫树脂放入高温管式炭化炉中N2气氛下以4/MIN升温至1500，保温4H后，以5/MIN速率降至室温，得到泡沫炭。0037得到的泡沫炭密度为02G/CM3，平均孔径约为100M，抗压强度为123MPA0038实施实例40039按质量比21称取20G木焦油和10G对苯二甲醇，按木焦油和对苯二甲醇总质量6的比。

15、例称取18G对甲基苯磺酸为催化剂，置于三口烧瓶中，在氮气氛围下加热搅拌，恒温130反应3H后取出，得到B阶缩合多环芳烃树脂。0040取上述B阶树脂6G于烧杯中，加热至80，待树脂完全熔融后缓慢加入3ML浓硫酸并不断搅拌，至温度升至100，停止加热，将产物取出，研磨，得到氧化B阶树脂粉末。0041将氧化B阶树脂粉末装入常压恒容模具中震实，然后放入350马弗炉中，恒温100MIN后冷却取出，得到泡沫树脂。0042将泡沫树脂放入高温管式炭化炉中N2气氛下以4/MIN升温至1200，保温3H后，以5/MIN速率降至室温，得到泡沫炭。0043得到的泡沫炭密度为1G/CM3，平均孔径约为300M，抗压强度。

16、为115MPA0044实施实例50045按质量比11称取10G竹焦油和10G对苯二甲醇，按竹焦油和对苯二甲醇总质说明书CN101955179A4/4页6量5的比例称取1G对甲基苯磺酸为催化剂，置于三口烧瓶中，在氮气氛围下加热搅拌，恒温140反应2H后取出，得到B阶缩合多环芳烃树脂。0046取上述B阶树脂6G于烧杯中，加热至130，待树脂完全熔融后缓慢加入4ML浓硝酸并不断搅拌，至温度升至150，停止加热，将产物取出，研磨，得到氧化B阶树脂粉末。0047将氧化B阶树脂粉末装入常压恒容模具中震实，然后放入400马弗炉中，恒温100MIN后冷却取出，得到泡沫树脂。0048将泡沫树脂放入高温管式炭化炉中N2气氛下以4/MIN升温至1000，保温2H后，以5/MIN速率降至室温，得到泡沫炭。0049得到的泡沫炭密度为03G/CM3，平均孔径约为350M，抗压强度为106MPA0050以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。说明书CN101955179A1/1页7图1图2说明书附图。