[发明专利]碳块体及其制备方法

说明书

一种碳块体及其制备方法，所述制备方法包括步骤：(i)将碳质前体材料与碱盐混合形成第一混合物；(ii)将步骤(i)中制备的所述第一混合物挤出成块体的形状；以及(iii)将步骤(ii)中制备的所述块体进行碳化。

技术领域

本发明一般涉及碳块体，尤其涉及具有内部通道的碳块体，如碳蜂窝状块体，由相对较高水分和氧含量的碳质材料(如低阶煤)形成。还公开了一种制备碳块体的方法。

背景技术

碳块体是由碳形成的单一结构或具有包括碳的表面。这种块体可以具有活性炭表面，并且可以是固体结构，也可以具有一个或多个高表面积的内部通道。

蜂窝状块体是具有由薄壁分隔的长平行通道的块体材料。蜂窝状块体因其与蜂巢的结构相似而得名，不过通道的截面可以是任意实用形状，最常见的是圆形或方形。蜂窝状块体最通常是通过挤出柔韧团块(pliable dough)，其经加工形成机械坚固产品而形成。

已发现蜂窝状块体作为吸附剂和催化剂载体的特别应用。与粉状或粒状的吸附剂和催化剂相比，蜂窝状块体具有优势，因为蜂窝状块体内固有的高空隙率(high voidfraction)减少了当高流速施加在块体上时的压降。在净化和分离应用中，蜂窝状块体的结构还可相比于填料介质簇促进更高的接触效率。蜂窝状块体通常用于各种环境应用，如汽车尾气处理、飞机的臭氧消减、天然气发动机、小型发动机中的CO和碳氢化合物氧化以及NOx的选择性还原和来自化工厂和家庭的挥发性有机化合物(VOC)的销毁。

本技术领域已知的蜂窝状块体主要有两种类型：涂覆式块体和整体式块体。涂覆式块体通常由提供机械强度的基体材料制成，该基体材料上涂覆有功能层。基体材料通常由挤出的陶瓷团块形成，最典型的是堇青石，混合其他加工添加剂，然后进行干燥和煅烧。然后，基体材料可进行一系列的清洗涂层，以改善低表面积，通常为2-4m²/L，并提供功能性表面，例如吸附剂或催化剂表面。

由于涂覆式块体仅仅是为了机械强度而需要基体材料，因此基体材料所占的体积对于块体的功能性目的是没有用的。通过整体式块体可以解决这一难题，整体式块体由单一配方制备，既能提供机械强度，又能提供功能表面。然而，能够形成既具有合适的机械强度又具有功能表面的块体的材料很少。

碳是可用作整体式块体的材料的示例。活性炭蜂窝状块体在气相和液相吸附以及催化剂应用和作为电极材料方面具有广泛的用途。与粉状或粒状活性炭相比，活性炭块体(Activated carbon monoliths)除了具有压降特性外，还具有许多优点。在气相吸附应用中，活性炭块体可用于电摇摆吸附(electrical swing adsorption，ESA)方法中，块体可通过电流的简单应用快速再生。对于液相应用，活性蜂窝块体可在流通结构中提供高效吸附。

整体碳蜂窝块体可由昂贵的树脂前体形成的团块制备，通常添加粘合剂以用于团块。然后，该团块可被挤出成蜂窝状，进行碳化和活化。整体碳块体也可以由活性碳粉与粘合剂混合的团块形成，然而这种方法通常需要大量的粘合剂来形成具有足够机械强度的块体。

因此，需要提供一种具有内部通道的整体碳块体，该整体碳块体可以由相对廉价的前体材料形成，并且具有良好的机械性能以及良好的表面特性。还需要制备这样一种蜂窝状的碳块体，该块体还可以表现出良好的导电性。

人们惊奇地发现，水分和氧含量较高的碳质材料，如褐煤和泥炭，可与碱盐形成团块，并加工成具有良好机械性能和表面性能以及良好导电性能的蜂窝状块体。

本说明书中对任何先前出版物(或由其衍生的信息)或对任何已知事项的提及，并不是也不应被视为承认，或认可，或以任何形式暗示先前出版物(或由其衍生的信息)或已知事项构成本说明书所涉及的技术领域的公知常识的一部分。

发明内容

本发明旨在提供一种具有改进的特征和性能的发明。