本發(fā)明涉及炭以及炭化物材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種利用有機(jī)質(zhì)制備炭以及炭復(fù)合材料的微波碳化工藝。

背景技術(shù)：

炭以及炭復(fù)合材料，被廣泛用于醫(yī)藥、生物工程、催化劑等領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)的工藝主要：1，不同類型的富碳(椰子殼、瀝青、煤、聚合物等)有機(jī)前驅(qū)體，原料經(jīng)調(diào)制后在需在惰性氣氛下，在500℃的條件下熱分解和固化，制成適合于下一步活化用的炭化物。2把一些化學(xué)藥品，如氯化鋅、氫氧化鉀、硫化鉀等加入原料中或浸漬進(jìn)原材料或炭化料中，然后在惰性氣體中加熱，高溫1500～2000℃制得炭或炭衍生物。3，利用碳熱氫還原法制備炭以及炭復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對目前存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、成本低的利用有機(jī)質(zhì)制備炭以及炭復(fù)合材料的微波碳化工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種利用有機(jī)質(zhì)制備炭以及炭復(fù)合材料的微波碳化工藝，采用活性炭作為微波加熱源進(jìn)行內(nèi)燃燒使得有機(jī)質(zhì)加熱，以沙子封閉進(jìn)行過濾吸收燃燒初期產(chǎn)生煙霧，并利用初期燃燒產(chǎn)生二氧化碳將空氣趕出去，造成厭氧環(huán)境從而使得有機(jī)質(zhì)碳化充分。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，制備方法步驟如下：

1)、將有機(jī)質(zhì)和活性炭混合置于玻璃容器中，將玻璃容器置于沙盤上；

2)、用玻璃罩將玻璃容器罩住，再用沙盤中的沙子將玻璃罩口封住；

3)、將沙盤放入微波爐中，開啟微波爐加熱碳化，以制備炭以及炭復(fù)合材料。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，微波碳化工藝中，沙盤中沙子的透氣系數(shù)為10^-4～10^-5cm/s^-1。沙盤中沙子的粒徑大小為5～140目。

一種利用有機(jī)質(zhì)并采用微波碳化工藝制備炭以及炭復(fù)合材料的裝置，由微波爐、沙盤、玻璃罩以及玻璃容器組成，盛放活性炭和有機(jī)質(zhì)的玻璃容器放置于沙盤上，玻璃罩罩在玻璃容器上，玻璃罩的口部被沙盤中的沙子封住，承載沙子、玻璃罩以及玻璃容器的沙盤放置在微波爐中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1).本發(fā)明工藝簡單，不需要惰性氣體環(huán)境，整個(gè)制備體系容易構(gòu)建、操作簡便、條件易控、成本低廉、適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

2).本發(fā)明是采用活性炭為微波吸收加熱源，在制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物少，減少后期炭材料中雜質(zhì)。

3).本發(fā)明是采用沙子作為封閉，在制備過程中產(chǎn)生的廢氣少，對環(huán)境污染較小，是一種環(huán)保型合成工藝。

附圖說明

圖1是微波碳化工藝裝置圖(未示出微波爐)。

圖2是未采用、采用玻璃罩蓋合玻璃容器對碳化結(jié)果影響的過程照片(a1、a2、a3未采用玻璃罩，b1、b2、b3采用了玻璃罩)。

圖3是是否添加活性炭對碳化結(jié)果影響的照片。

圖4是添加活性炭后淀粉碳化結(jié)果的fe-sem照片。

圖5是添加活性炭后淀粉-硝酸鉍碳化結(jié)果的fe-sem照片。

圖6是沙子粒徑分布柱狀圖。

圖7是大粒徑沙子(a)、小粒徑沙子(b)對最終碳化結(jié)果影響的照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的利用有機(jī)質(zhì)制備炭以及炭復(fù)合材料的微波碳化工藝作出進(jìn)一步的詳述。

本發(fā)明方法使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(fe-sem)、紫外可見光譜測試儀(uv-vis)等設(shè)備對所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)等進(jìn)行表征。

實(shí)施例1

請參閱圖1所示，一種利用有機(jī)質(zhì)并采用微波碳化工藝制備炭以及炭復(fù)合材料的裝置，由微波爐、沙盤、玻璃罩以及玻璃容器組成，盛放活性炭和有機(jī)質(zhì)的玻璃容器放置于沙盤上，玻璃罩罩在玻璃容器上，玻璃罩的口部被沙盤中的沙子封住，承載沙子、玻璃罩以及玻璃容器的沙盤放置在微波爐中。

一種利用有機(jī)質(zhì)制備炭以及炭復(fù)合材料的微波碳化工藝，步驟如下：

1)、將有機(jī)質(zhì)和活性炭混合置于玻璃容器中，將玻璃容器置于沙盤上；

2)、用玻璃罩將玻璃容器罩住，再用沙盤中的沙子(透氣系數(shù)為10^-4～10^-5cm/s^-1)將玻璃罩口封?。?/p>

3)、將沙盤放入微波爐中，開啟微波爐加熱碳化，以制備炭以及炭復(fù)合材料。

實(shí)施例2

為了考察是否采用玻璃罩蓋合玻璃容器對碳化結(jié)果的影響，特設(shè)計(jì)兩組對比試驗(yàn)，來觀察碳化結(jié)果。

圖2是未采用、采用玻璃罩蓋合玻璃容器對碳化結(jié)果影響的過程照片。圖2中，a1為未采用玻璃罩的碳化裝置在碳化時(shí)的照片，a2為碳化完成后打開微波爐時(shí)的照片，a3為碳化完成后玻璃容器的照片。從a1、a2、a3可以看出，不加玻璃罩碳化時(shí)迅速燃燒，并產(chǎn)生大量煙霧(a1)，最后產(chǎn)物會燒盡(a2、a3)。b1為采用了玻璃罩的碳化裝置在碳化時(shí)的照片，b2為碳化完成后沙盤的照片，b3為碳化完成后玻璃容器的照片。從b1、b2、b3可以看出，加玻璃罩碳化時(shí)不燃燒(b1)，產(chǎn)生大量煙霧會被沙子吸收(b2)，碳化充分產(chǎn)物充足(b3)。

實(shí)施例3

裝置及工藝同實(shí)施例1，采用淀粉作為有機(jī)質(zhì)，將淀粉和活性炭混合后放入玻璃容器中進(jìn)行碳化試驗(yàn)。

圖3是是否添加活性炭對碳化結(jié)果影響的照片，a是微波碳化前淀粉的照片，b是不加活性炭淀粉碳化后的照片，c加入活性炭淀粉碳化后的照片。結(jié)合圖3可以看出不加活性炭時(shí)，淀粉經(jīng)過微波處理輕微變色，幾乎不發(fā)生碳化反應(yīng)(b)，加活性炭開啟微波淀粉迅速變黑色(c)，碳化充分。圖4是添加活性炭后淀粉碳化結(jié)果的fe-sem照片，結(jié)合圖4可以看出碳化產(chǎn)物單一。

實(shí)施例4

裝置及工藝同實(shí)施例1，將淀粉、硝酸鉍和活性炭混合后放入玻璃容器中進(jìn)行碳化試驗(yàn)。圖5是添加活性炭后淀粉-硝酸鉍碳化結(jié)果的fe-sem照片，結(jié)合圖5可以看出碳化后可形成炭和鉍復(fù)合材料。

實(shí)施例5

測量沙子粒徑對微波碳化影響，具體包括如下步驟：

1)測量沙子粒徑分布；

2)選取最大粒徑沙子和最小粒徑沙子測其對碳化影響。

圖6是沙子粒徑分布柱狀圖，圖7是大粒徑沙子(a)、小粒徑沙子(b)對最終碳化結(jié)果影響的照片。結(jié)合圖6、7可以看出沙子粒徑分布在5-140目很好滿足要求，沙子粒徑太大(超過5目)因其透氣性很好，而起不到隔氧保護(hù)作用，碳化產(chǎn)物燃燒嚴(yán)重(a)。粒徑太小(小于140目)，透氣性太小會發(fā)生嚴(yán)重噴沙現(xiàn)象(b)。

以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明的構(gòu)思所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種利用有機(jī)質(zhì)制備炭以及炭復(fù)合材料的微波碳化工藝，涉及炭以及炭化物材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。采用活性炭作為微波加熱源進(jìn)行內(nèi)燃燒使得有機(jī)質(zhì)加熱，以沙子封閉進(jìn)行過濾吸收燃燒初期產(chǎn)生煙霧，并利用初期燃燒產(chǎn)生二氧化碳將空氣趕出去，造成厭氧環(huán)境從而使得有機(jī)質(zhì)碳化充分。裝置由微波爐、沙盤、玻璃罩以及玻璃容器組成，盛放活性炭和有機(jī)質(zhì)的玻璃容器放置于沙盤上，玻璃罩罩在玻璃容器上，玻璃罩的口部被沙盤中的沙子封住。本發(fā)明工藝簡單，不需要惰性氣體環(huán)境，整個(gè)制備體系容易構(gòu)建、操作簡便、條件易控、成本低廉、適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。采用活性炭為微波吸收加熱源，在制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物少，減少后期炭材料中雜質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：沈壽國;韓成良;葉勁松;李賡;張敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.16
技術(shù)公布日：2017.08.04