【正文】 3/2/2023 28 大孔：半徑為 1002023 nm，主要是能使被吸 附物的分子迅速地進入位于活性碳粒 子更深處的內(nèi)層細孔。 3/2/2023 26 活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質(zhì)碳素材料。 ? 活性炭早期以木質(zhì)為原料 ， 現(xiàn)在 ， 大部分用煤炭制造 ， 原料煤要求灰分低 、 揮發(fā)分適中 、 粘結(jié)性和膨脹性小 、 反應(yīng)活性和強度高 ， 有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu) 。 紡絲時分子定向的控制很重要 ， 它與紡絲溫度 、 噴絲孔形狀 、 氣氛溫度有關(guān) 。 因調(diào)制方法不同分為各相同性瀝青炭纖維和中間相瀝青炭纖維 。 ? 石墨化時由于微晶擇優(yōu)取向 ， 纖維強度和模量增大 。 為了提高產(chǎn)品的力學(xué)性能 ， 預(yù)氧化時原絲采用引力牽伸 。 影響預(yù)氧化的因素是溫度和時間 。 一般要求原絲截面呈腰子形 ， 以利預(yù)氧化時氧的滲透和生成物的放出 ， 使纖維的結(jié)構(gòu)變化均勻 。 瀝青炭纖維的原料是煤和石油瀝青 ，價廉易得 ， 炭化收率高 ， 雖然目前性能不及 PAN炭纖維 ， 但是發(fā)展方向 。 3/2/2023 19 ? ⑵ 炭素纖維 ? 炭素纖維按處理溫度不同分為炭纖維 (8001800℃ )和石墨纖維 (20233000℃ )。 成型方法有模壓 、擠壓 、 振動成型 、 等靜壓成型等 。 生產(chǎn)核石墨 、火箭噴咀 、 超高功率電極必須用灰分低 、 強度高 、 易石墨化的針狀焦 、 石油焦 、 瀝青焦 。 骨料主要是石油焦 、 瀝青焦 、 炭黑 、 天然石墨 、無煙煤等 。 如在恒溫條件下熱解 ,則熱解溫度應(yīng)較低 ,一般在 400℃ 左右；如采用漸增升溫?zé)峤鈼l件 ,則升溫速度以 5℃ /分為宜 。 在 400430℃ 維持 130小時后 ， 當聚合的稠環(huán)芳烴分子量達到 10001500,形成環(huán)數(shù)為十幾到二十多個稠環(huán)芳烴時 ,平面狀的大分子憑借分子熱運動相互接近 ,受范德華力和分子間偶極矩的吸引相互平行疊合 ,在表面張力作用下形成各向異性的中間相小球 。 整個變化過程如圖 6405所示 。 3/2/2023 9 生產(chǎn)原理和工藝過程 ? 以有機物為原料制成各種炭素材料必須經(jīng)過炭化過程 。 ? 良好的耐磨性和自潤滑性使它成了電刷 、 高溫軸承 、 機械密封的重要材料 。 石墨是罕有的能在任何溫度下耐氫氟酸和磷酸的幾種材料之一 。 ? 石墨的導(dǎo)電性介于金屬與半導(dǎo)體之間 。 ? 炭和石墨制品由于膨脹系數(shù)低 ,導(dǎo)熱系數(shù)高 ,又有較大的比熱和體積密度 ,所以具有很好的抗熱震性 ,能在高溫下經(jīng)受溫度的劇烈變化而不遭破壞 。 石墨的最大特點是各向異性 。 主要 炭 素制品有：冶金用的電極和耐高溫材料；電熱和電化學(xué)用的電極；機電用的電刷；化工和機械工業(yè)用的不透性石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高純石墨材料；用作高溫結(jié)構(gòu)材料和燒蝕材料的 炭 纖維及其復(fù)合材料以及用于化工和環(huán)保的各種 炭 質(zhì)吸附劑等 。3/2/2023 1 第 8章 煤的炭素制品 3/2/2023 2 煤的炭素制品 ? 炭 素材料作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料廣泛用于冶金 、 機電 、 化工等工業(yè) 。 3/2/2023 3 炭素材料的結(jié)構(gòu)與性能 ? 石墨是由六角形碳網(wǎng)平面以一定規(guī)律疊合而成的三維有序結(jié)構(gòu) 。 實際應(yīng)用的炭素材料 ,絕大部分是亂層石墨結(jié)構(gòu)和石墨的微晶結(jié)構(gòu) 。 例如石墨的抗熱震系數(shù)為 2399， 而陶瓷只有 。 層面方向的電阻率為 5 105Ωcm。 3/2/2023 7 ? ⑷ 機械性能 ? 炭素材料的強度特性是溫度越高強度越好 ,是高溫下的較好的機械零件的材料 。 3/2/2023 8 ? ⑸ 核物理性能 ? 碳原子核散射中子的截面為俘獲中子截面的1270倍 ,石墨的減速比為 201,僅次于重水 ,但成本比重水低得多 ,所以高純石墨是原子反應(yīng)堆的減速材料 。 高溫加熱時 ,有機物的氫 、 氧 、 氮等元素被分解 ,碳原子不斷環(huán)化 、 芳構(gòu)化 。 3/2/2023 10 3/2/2023 11 ? 要獲得石墨結(jié)晶 ,有機物必須經(jīng)過液相炭化過程 ,使碳原子排列呈現(xiàn)三維有序化 。 隨溫度提高 ,時間延長 ,小球不斷長大 、 相互融并成廣域的中間相 。 3/2/2023 14 ? 石墨化是炭素材料經(jīng)過 2023℃ 以上高溫處理的過程 ,使炭的亂層結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變成三維有序的石墨結(jié)構(gòu) 。 粘結(jié)劑主要有煤焦油 、 煤瀝青及合成樹脂等 。 對純度要求不高的產(chǎn)品 ,可以選用冶金焦 、 無煙煤為骨料 。 3/2/2023 18 ? ④ 焙燒 焙燒是將生坯在隔絕空氣和用焦粉和黃砂的保護下 ,加熱到 1300℃ 左右的熱處理過程 。 因原料不同有聚丙烯腈(PAN)炭纖維 、 纖維素炭纖維 、 瀝青炭纖維等 。 3/2/2023 20 ? 不論何種炭纖維 ， 基本的生產(chǎn)工藝相似 ， 它包括原料的制備或調(diào)制；紡絲；原絲的預(yù)氧化或不熔化處理；預(yù)氧化絲的炭化和石墨化 。 3/2/2023 21 ? 預(yù)氧化的目的是防止原絲炭化時熔融 。 氰基的環(huán)化反應(yīng)是一級反應(yīng) ， 提高溫度有利預(yù)氧化速度 。 為了防止過度牽伸造成裂紋和空隙 ，常用多段牽伸法 。 石墨化一般在純氬氣介質(zhì)中進行 。 目前中間相瀝青炭纖維的力學(xué)性能已接近 PAN炭纖維 ， 而價格只有它的三分之一 。 瀝青纖維的不熔化處理一般在250400℃ 氧化氣氛中進行 。 ? 生產(chǎn)顆?；钚蕴渴紫纫尚驮炝??；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖?。 過渡孔：半徑為 2100nm，過渡孔的表面積占 總面積的 5%。能提供很大的比表面積給活性碳 吸附雜質(zhì)。 ? 水凈化 ：能去除水中的重金屬離子、致癌物 質(zhì)、臭味、霉味、細菌及脫色等；可 用于自來水、食品工業(yè)用水及工業(yè)用 純水等處理； ? 環(huán)保工程：廢氣及污水處理； ? 防毒口罩、防毒衣、香煙過濾嘴等； 3/2/2023 32 ? 溶劑回收：對苯類、酮類、酯類、石油類均能 吸附回收 。 ? 活化是活性炭的關(guān)鍵工序 ， 煤制活性炭常用氣體活化法 ，活化劑為水蒸氣 、 二氧化碳 。 自 60年代末實現(xiàn)工業(yè)化以來 ， 得到迅速發(fā)展 。 CMS的孔為狹縫形 ， 而沸石分子篩 （ ZMS） 的孔力墨水瓶形 ， 孔口截面一般呈不規(guī)則的橢圓形 。 ? 此外 ， CMS還可用于從富氧氣體中濃縮回收氬 ， 從焦爐氣 、 高爐氣 、 重整廢氣或氨分解等氣體中回收精制氫 ， 分離礦井氣中的甲烷和 CO2， 以及從燃燒煙氣中回收高純度 CO2等 。 所以能作為脫水劑或干燥劑 ， 通過吸附除去典型極性化合物 —— 水 。 3/2/2023 40 CMS的制備方法 ? 制備炭分子篩的原料可分為如下幾類： ? （ 1） 有機高分子聚合物 ， 包括 Saran樹脂 、 酚醛樹脂 、 脲醛樹脂 、 聚糖醇 、 聚偏二氧乙烯 、 聚乙烯醇 /酚醛樹脂等 。 ? 當孔徑過小時 ， 用氣體活化法擴孔； ? 當孔徑過大時用熱收縮法在 12001800℃煅燒 ， 使孔徑收縮；也可用堵孔法減小孔徑 ，包括氣相附著法和浸漬覆蓋法 。 ? 4） 沉積法：在含苯之類的烴類氣體中 ． 熱處理活性炭 ， 通過烴氣體的分解析出熱解炭縮小孔徑 。 3/2/2023 45 1)前言 ? —— 碳纖維的研制并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)始于二十世紀 50年代 。 3/2/2023 46 碳纖維的分類，按習(xí)慣大致有以下三種方法： （ 1）按原料分類： 碳纖維 ?????向異性中間相）瀝青基（各向同性、各聚丙烯腈基纖維素基（人造絲基）2)碳纖維的分類 3/2/2023 47 （ 2） 按制造條件和方法分類： 碳纖維 （ 3） 按力學(xué)性能分類： 碳纖維 ???????氣相生長碳纖維活性碳纖維時得到的碳纖維）石墨纖維（碳化溫度在時得到的碳纖維）碳纖維（碳化溫度在3000~20231600~800????????????????????????)()()()()()()()(UHMHMIMUHTHTMTHPGPaGPaGP超高模型高模型中模型超高強型高強型中強型高性能的纖維，拉伸模量小于（拉伸強度低于通用級3/2/2023 48 碳纖維的性能 （ 十項優(yōu)點；三項缺點 ） 3/2/2023 49 ? （ 1） 在 纖維軸方向 顯示高抗拉強度和高彈性模量 ? 強度和彈性模量是衡量材料堅固程度的兩個最重要的力學(xué)性能指標 。 如按它的抗拉強度比鋼鐵大 4倍 ， 比鋁合金大 6倍計算 ， 碳纖維的比強度比