PL229976B1 - Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych - Google Patents
Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowychInfo
- Publication number
- PL229976B1 PL229976B1 PL406919A PL40691914A PL229976B1 PL 229976 B1 PL229976 B1 PL 229976B1 PL 406919 A PL406919 A PL 406919A PL 40691914 A PL40691914 A PL 40691914A PL 229976 B1 PL229976 B1 PL 229976B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- carbon
- matrix
- molasses
- silica
- carbon materials
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 claims description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000016068 Berberis vulgaris Nutrition 0.000 claims description 3
- 241000335053 Beta vulgaris Species 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 5
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWRYPZZKDGJXCA-UHFFFAOYSA-N acenaphthene Chemical compound C1=CC(CC2)=C3C2=CC=CC3=C1 CWRYPZZKDGJXCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- -1 large molecule compounds Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 2,6-dihydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1C=O DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002015 Aerosil® 150 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002018 Aerosil® 300 Inorganic materials 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- HXGDTGSAIMULJN-UHFFFAOYSA-N acetnaphthylene Natural products C1=CC(C=C2)=C3C2=CC=CC3=C1 HXGDTGSAIMULJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000779 poly(divinylbenzene) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
- C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
- C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
- C04B35/532—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/62204—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products using waste materials or refuse
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/6303—Inorganic additives
- C04B35/6316—Binders based on silicon compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/638—Removal thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/0081—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as catalysts or catalyst carriers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00853—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in electrochemical cells or batteries, e.g. fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nano porowatych materiałów węglowych z wykorzystaniem krzemionki jako matrycy.
Porowate materiały węglowe znalazły wiele zastosowań, m.in. rozdzielanie gazów, oczyszczanie wody, jako nośniki katalizatorów, elektrody bateriach i ogniwach paliwowych. Węgle aktywne produkowane zazwyczaj na drodze chemicznej bądź fizycznej aktywacji są materiałami mikroporowatymi (rozmiary porów mniejsze niż 2 nm), co czyni je nieprzydatnymi w adsorpcji związków o dużych cząsteczkach. Przykładowo węgle stosowane jako sorbenty do usuwania dużych cząsteczek zanieczyszczających wodę lub do produkcji elektrod dla dwuwarstwowych kondensatorów powinny być materiałami mezoporowatymi (T. Kyotani, Carbon, 2000, 38, 269).
Opracowano kilka metod pozwalających na otrzymanie mezoporowatych lub makroporowatych węgli, lecz najczęściej stosowaną w ostatnich latach jest synteza oparta na zastosowaniu matryc. Metoda ta polega na następujących krokach: otrzymanie kompozytu składającego się z prekursora węgla oraz matrycy, karbonizacja kompozytu, usunięcie matrycy. Jeśli w początkowym etapie pory matrycy są wypełniane węglem jako produkt otrzymuje się odwrócone repliki węglowe.
Matryce mogą być wprowadzane do prekursora węglowego w postaci mikrokulek, mikropręcików lub innych kształtów. W takim przypadku produkt węglowy będzie charakteryzował się systemem porów odpowiadającym wymiarami wprowadzonym matrycom.
Pierwsza synteza wykorzystująca cząstki SiO2 jako matryce została wykonana przez Zakidov i wsp. (Science, 1998, 282, 897). Autorzy zastosowali koloidalne kryształy krzemionki jako matryce o kształcie kulistym oraz żywicę fenolową jako prekursor węgla. Kompozyt poddano karbonizacji, a matryce krzemionkowe usunięto za pomocą HF. Otrzymano mezoporowaty węgiel o wysokiej powierzchni właściwej oraz dużej objętości mezoporów.
Jako matryce stosuje się różne materiały: żele SiO2, zeolity, mezoporowate krzemionki, a ostatnio SiO2 w postaci kulek o średnicy rzędu nanometrów otrzymywane w wyniku hydrolizy i kondensacji tetraetylokrzemianu (S.B.Yoon i wsp., J Mater Chem 2007, 17, 1758).
Porowate węgle otrzymywano w wyniku polimeryzacji rezorcyny i formaldehydu w obecności solu krzemionkowego Ludox HS-40 (S. Han, T. Hyeon, Carbon, 1999, 37, 1645, S. Han, i wsp., Chem. Mater., 2000, 12, 3337). Jako prekursor węgla stosowano również mezofazową smołę i poliakrylonitryl w połączeniu z zolem (Z. Li, M. Jaroniec, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 9208) lub żelem krzemionkowym (Z. Li, M. Jaroniec, Carbon, 2001, 39, 2080).
Z literatury znana jest synteza mezoporowatych pianek węglowych przy zastosowaniu żeli rezorcynowo-formaldehydowych jako prekursora węgla i mikroklulek polistyrenowych (W. W. Lukens, G. D. Stucky, Chem. Mater., 2002, 14, 1665), czy też polidiwinylobenzenu i powierzchniowo modyfikowanej krzemionki koloidalnej (J. Jang, B. Lim, Adv. Mater., 2002, 14, 1390).
Kyotani i współpracownicy otrzymywali mezoporowate węgle w wyniku kopolimeryzacji alkoholu furfurylowego i tetraetylokrzemianu (D. Kawashima i wsp., Chem. Mater., 2000, 12, 3397). Mayani i współpracownicy opracowali syntezę węgli mezoporowatych z wykorzystaniem smoły otrzymywanej w wyniku ekstrakcji oleju pirolitycznego za pomocą metanolu oraz mikrokulek SiO2 (S.V. Mayani wsp., Materials Letters 2012, 82, 120).
Poza wymienionymi powyżej w literaturze opisano następujące substraty stosowane jako źródło węgla: sacharoza (A. Monnier i wsp. Science, 1993, 261, 1299, P.T. Tanev i wsp. Science, 1995, 267, 865), glukoza, ksyloza (J.Choma i wsp., Ochrona Środowiska, 2008, 30, 3), produkt polimeryzacji fenolu i heksaaminy (J.H. Knox i wsp. J. Chromatogr., 1986, 352, 3), polichlorek winylu (A. B. Fuertes, S. Alvarez, Carbon, 2004,42,3049), acenaften (T. - W. Kim i wsp., Angew. Chem. Ind. Ed., 2003, 42, 4375), benzen, naftalen, antracen i piren (C. H. Kim i wsp., Langmuir, 2004, 20, 5157). Ponadto węgiel można otrzymywać w wyniku chemicznego rozkładu par z takich substancji, jak propylen (C. Vix - Guterl i wsp., Chem. Lett., 2002,1062), acetylen (M. Kanneda i wsp., J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 1256), etylen (W. - H. Zhang i wsp., Adv. Mater., 2002, 14, 1776), styren (Y. D. Xia, R. Mokaya, Adv. Mater., 2004, 16, 886; Y. D. Xia, R. Mokaya, Adv. Mater., 2004, 16, 1553), alkohol furfurylowy (A. B. Fuertes, D. M. Nevskaia, J. Mater. Chem., 2003, 13, 1843) i acetonitryl (Y. D. Xia, R. Mokaya, Adv. Mater., 2004, 16, 1553).
Nieoczekiwanie okazało się, że jako prekursor węgla w syntezie nanoporowatych węgli może być również stosowana melasa - produkt odpadowy w przemyśle cukrowniczym.
PL 229 976 B1
Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych, według wynalazku, polegający na mieszaniu materiału węglowego z krzemionką w roli matrycy, suszeniu materiału i jego kalcynacji, charakteryzuje się tym, że jako źródło węgla stosuje się melasę w stosunku masowym do krzemionki od 0,2 do 2, zaś po kalcynacji krzemową matrycę usuwa się stosując 35% mas. kwas fluorowodorowy, następnie materiał płucze się wodą do uzyskania odczynu obojętnego i suszy się. W sposobie według wynalazku można stosować zarówno melasę buraczaną jak i trzcinową. Korzystnie kalcynację prowadzi się w temperaturze 300-1200°C.
Zaletą sposobu według wynalazku jest zastosowanie jako surowca melasy, która jest odpadem przemysłu cukrowniczego.
Sposób według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania.
P r z y k ł a d 1
Jako matrycę zastosowano krzemionkę w postaci cząstek o średnicy 7 nm (Aerosil 300). Źródłem węgla była melasa buraczana. Substraty zmieszano w stosunku wagowym SiO2:melasa = 1:2. Suszono w atmosferze powietrza w temperaturze 80°C przez 2 godz., a następnie przez 24 godz. w temperaturze 160°C. Suchy proszek poddano kalcynacji w atmosferze azotu w temperaturze 750°C. Krzemowa matryca została usunięta w wyniku działania 35% mas. HF. Tak otrzymany materiał płukano wodą do uzyskania odczynu obojętnego i następnie suszono. W wyniku analizy SEM i XRD stwierdzono otrzymanie porowatego materiału węglowego. Powierzchnia właściwa wyznaczona na podstawie wielopunktowej metody BET wyniosła 620 m2/g.
P r z y k ł a d 2
Jako matrycę zastosowano krzemionkę w postaci cząstek o średnicy 14 nm (Aerosil 150). Źródłem węgla była melasa trzcinowa. Substraty zmieszano w stosunku wagowym SiO2:melasa = 1:0.2. Suszono w atmosferze powietrza w temperaturze 80°C przez 2 godz., a następnie przez 24 godz. w temperaturze 160°C. Suchy proszek poddano kalcynacji w atmosferze azotu w temperaturze 1200°C. Krzemowa matryca została usunięta w wyniku działania 35% mas. HF. Tak otrzymany materiał płukano wodą do uzyskania odczynu obojętnego i następnie suszono. W wyniku analizy SEM i XRD stwierdzono otrzymanie porowatego materiału węglowego. Powierzchnia właściwa wyznaczona na podstawie wielopunktowej metody BET wyniosła 250 m2/g.
P r z y k ł a d 3
Jako matryce zastosowano krzemionkę w postaci mikrokulek o średnicy 400 nm otrzymanych powszechnie znaną metodą (Nanoscale. 2011.3(4). 1632). Źródłem węgla była melasa trzcinowa. Substraty zmieszano w stosunku wagowym SiO2 : melasa = 1:1,6. Suszono w atmosferze powietrza w temperaturze 80°C przez 2 godz., a następnie przez 24 godz. w temperaturze 160°C. Suchy proszek poddano kalcynacji w atmosferze azotu w temperaturze 750°C. Krzemowa matryca została usunięta w wyniku działania 35% mas. HF. Tak otrzymany materiał płukano wodą do uzyskania odczynu obojętnego i następnie suszono. W wyniku analizy S EM i XRD stwierdzono otrzymanie porowatego materiału węglowego. Powierzchnia właściwa wyznaczona na podstawie wielopunktowej metody BET wyniosła 1058 m2/g.
P r z y k ł a d 4
Postępowano podobnie jak w przykładzie 3, z tym, że kalcynację prowadzono w temperaturze 1000°C. W wyniku analizy SEM i XRD stwierdzono otrzymanie porowatego materiału węglowego. Powierzchnia właściwa wyznaczona na podstawie wielopunktowej metody BET i wyniosła 186 m2/g.
P r z y k ł a d 5
Postępowano podobnie jak w przykładzie 1, z tym, że substraty zmieszano w stosunku wagowym SiO2 : melasa 1:0.7, a kalcynację prowadzono w temperaturze 300°C. W wyniku analizy SEM i XRD stwierdzono otrzymanie porowatego materiału węglowego. Powierzchnia właściwa wyznaczona na podstawie wielopunktowej metody BET wyniosła 190 m2/g.
P r z y k ł a d 6
Postępowano podobnie jak w przykładzie 2, z tym, że substraty zmieszano w stosunku wagowym SiO2 : melasa 1:1.2, a kalcynację prowadzono w temperaturze 700°C. W wyniku analizy SEM i XRD stwierdzono otrzymanie porowatego materiału węglowego. Powierzchnia właściwa wyznaczona na podstawie wielopunktowej metody BET wyniosła 590 m2/g.
Claims (3)
1. Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych polegający na mieszaniu materiału węglowego z krzemionką w roli matrycy, suszeniu materiału i jego kalcynacji, znamienny tym, że jako źródło węgla stosuje się melasę w stosunku masowym do krzemionki od 0,2 do 2, zaś po kalcynacji krzemową matrycę usuwa się stosując 35% mas. kwas fluorowodorowy, następnie materiał płucze się wodą do uzyskania odczynu obojętnego i suszy się.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się melasę buraczaną lub trzcinową.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kalcynację prowadzi się w temperaturze 300-1200°C.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406919A PL229976B1 (pl) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych |
| EP14461593.7A EP2899175A1 (en) | 2014-01-24 | 2014-11-27 | The method of preparation of nanoporous carbon materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406919A PL229976B1 (pl) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL406919A1 PL406919A1 (pl) | 2015-08-03 |
| PL229976B1 true PL229976B1 (pl) | 2018-09-28 |
Family
ID=52003711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL406919A PL229976B1 (pl) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2899175A1 (pl) |
| PL (1) | PL229976B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI130586B (fi) * | 2021-05-14 | 2023-11-24 | Fifth Innovation Oy | Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011016468B3 (de) * | 2011-04-08 | 2012-02-23 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Poröses Kohlenstofferzeugnis mit Schichtverbundstrucktur, Verfahren für seine Herstellung und Verwendung desselben |
-
2014
- 2014-01-24 PL PL406919A patent/PL229976B1/pl unknown
- 2014-11-27 EP EP14461593.7A patent/EP2899175A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL406919A1 (pl) | 2015-08-03 |
| EP2899175A1 (en) | 2015-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Facile preparation of hierarchically porous carbon using diatomite as both template and catalyst and methylene blue adsorption of carbon products | |
| Yang et al. | Solvent evaporation mediated preparation of hierarchically porous metal organic framework-derived carbon with controllable and accessible large-scale porosity | |
| Cao et al. | Preparation and enhanced CO2 adsorption capacity of UiO-66/graphene oxide composites | |
| Ma et al. | A novel activating strategy to achieve highly porous carbon monoliths for CO 2 capture | |
| Li et al. | Effective adsorption of sulfamethoxazole, bisphenol A and methyl orange on nanoporous carbon derived from metal-organic frameworks | |
| Vilela et al. | A robust monolithic metal–organic framework with hierarchical porosity | |
| Mahurin et al. | Enhanced CO2/N2 selectivity in amidoxime-modified porous carbon | |
| Wang et al. | Three-dimensional graphene aerogels–mesoporous silica frameworks for superior adsorption capability of phenols | |
| Wang et al. | An efficient one-step condensation and activation strategy to synthesize porous carbons with optimal micropore sizes for highly selective CO 2 adsorption | |
| Hu et al. | Straightforward synthesis of a triazine-based porous carbon with high gas-uptake capacities | |
| Meng et al. | MgO-templated porous carbons-based CO2 adsorbents produced by KOH activation | |
| Liu et al. | Physical activation of diatomite-templated carbons and its effect on the adsorption of methylene blue (MB) | |
| Lu et al. | Porous carbons for carbon dioxide capture | |
| Choma et al. | Microporosity development in phenolic resin-based mesoporous carbons for enhancing CO2 adsorption at ambient conditions | |
| Wang et al. | Few-layered mesoporous graphene for high-performance toluene adsorption and regeneration | |
| Wang et al. | Ordered mesoporous carbons with various pore sizes: Preparation and naphthalene adsorption performance | |
| Sahnoun et al. | Trichlorophenol removal from aqueous solutions by modified halloysite: kinetic and equilibrium studies | |
| Wang et al. | Monolithic porous rectorite/starch composites: fabrication, modification and adsorption | |
| Taubert et al. | Attempts to design porous carbon monoliths using porous concrete as a template | |
| Liu et al. | Facile synthesis of novel flowerlike magnetic mesoporous carbon for efficient chlorophenols removal | |
| Choma et al. | Benzene and methane adsorption on ultrahigh surface area carbons prepared from sulphonated styrene divinylbenzene resin by KOH activation | |
| He et al. | Binder-free preparation of ZSM-5@ silica beads and their use for organic pollutant removal | |
| Li et al. | Optimization of mesoporous carbons for efficient adsorption of berberine hydrochloride from aqueous solutions | |
| Sun et al. | Mesoporous silica–carbon composites fabricated by a universal strategy of hydrothermal carbonization: Controllable synthesis and applications | |
| Wei et al. | Solvothermal synthesis of highly porous polymers and their controllable transition from macro/mesoporosity to meso/microporosity |