Способ получения активированной углеродной ткани

Изобретение относится к технологии получения активированных углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон, обладающих высокими адсорбционными свойствами, которые используются в химической промышленности, в медицине. В способе получения активированной углеродной ткани, включающем активацию карбонизованной ткани смесью водяного пара и газообразных продуктов активации при повышенных температурах обработки, в соответствии с предлагаемым техническим решением, процесс карбонизации гидратцеллюлозной ткани, содержащей катализатор в виде неорганических включений солей бора, фосфора, хлора и азота, процесс активации полученной карбонизованной ткани и охлаждение активированной ткани осуществляют в едином комплексном процессе при непрерывном транспортировании ткани последовательно через пневмоизолированные, но термически сопрягающиеся реакционные камеры карбонизации, активации и охлаждения. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить интенсивность процесса активации, увеличить стабильность и производительность получения активированной углеродной ткани. В соответствии с предлагаемым способом получают активированную углеродную ткань с большим значением удельной поверхности волокон. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения активированных углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон, обладающих высокими адсорбционными свойствами, которые используются в химической промышленности, в медицине.

Известен способ получения углеродных волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон, содержащих катализатор пиролиза, которые непрерывно транспортируют через газоизолированные одна от другой зоны нагрева карбонизации до температуры 320-360°C. Летучие продукты пиролиза из зон нагрева удаляют через перфорированную стенку-экран. [1]

Для данного способа получения частично-карбонизованной ткани как активированного материала характерны недостатки. Так как процесс активации является диффузионным процессом, развитие удельной поверхности углеродного волокна происходит в результате его взаимодействия с газовым активирующим агентом. Применение термообработки в камере карбонизации с газоизолированными друг от друга зонами нагрева и быстрым удалением летучих продуктов через перфорированную верхнюю стенку-экран непосредственно из температурных зон образования при пиролизе устраняет возможность их взаимодействия с карбонизуемым материалом. В результате получения частично-карбонизованная ткань обладает относительно небольшой удельной поверхностью и соответственно невысокими свойствами.

Известен способ получения активированной углеродной ткани, в соответствии с которым углеродную ткань активируют водяным паром в смеси с газообразными продуктами активации при нагреве до температуры 850°C, затем повышают температуру до 930°C с последующим снижением от 930°C до 900°C и от 900°C до 20°C. Скорости нагрева и охлаждения в патенте прямо не указаны. Вместо них даны соотношения скоростей нагрева и охлаждения. [2]

Данный источник использован в качестве прототипа.

Прототипу свойственны недостатки. По результатам проведенных арифметических расчетов на основе данных по температурам активации и соотношения скоростей нагрева и охлаждения общая длительность процесса активации углеродной ткани составляет не менее 2,5 часов, что косвенно указывает на низкую производительность способа активации углеродной ткани по прототипу.

Еще одним существенным недостатком способа-прототипа является использования в качестве исходного сырьевого материала углеродной ткани УУТ-2, которая характеризуется завершенностью процесса образования углеродной графитоподобной структуры волокна, которая определяется температурой получения ткани. Такое волокно обладает более высокой степенью метастабильности в условиях повышенной температуры и агрессивных сред. Поэтому активация поверхности протекает с пониженной скоростью реакции, что также снижает производительность процесса и величину удельной поверхности активированной ткани.

Задача, для решения которой разработано предлагаемое техническое решение, заключается в устранении указанных недостатков, повышении интенсивности процесса активации, увеличении стабильности и производительности получения активированной углеродной ткани.

Цель достигается тем, что в известном способе получения активированной углеродной ткани, включающем активацию карбонизованной ткани смесью водяного пара и газообразных продуктов активации при повышенных температурах обработки, в соответствии с предлагаемым техническим решением, процесс карбонизации гидратцеллюлозной ткани, содержащей катализатор в виде неорганических включений солей бора, фосфора, хлора и азота; процесс активации полученной карбонизованной ткани и охлаждение активированной ткани осуществляют в едином комплексном процессе при непрерывном транспортировании ткани последовательно через пневмоизолированные, но термически сопрягающиеся реакционные камеры карбонизации, активации и охлаждения; при этом активацию ткани на основе гидратцеллюлозного, включая лиоцельное, сырья осуществляют позонным нагреванием, не менее, чем в двух зонах в температурном интервале от комнатной температуры до (270-290)°C в процессе предкарбонизации, продолжая в последующей зоне карбонизации-активации до температуры нагрева (320-450)°C в неокислительной газовой среде с подачей летучих продуктов пиролиза карбонизованной ткани из температурных зон нагрева через перфорированную верхнюю стенку реакционной камеры карбонизации в отсек газоввода камеры активации, и заканчивая не менее, чем в двух зонах камеры активации нагреванием до температуры (850-950)°C активируемой ткани, содержащей на поверхности и в порах волокон твердые продукты термического превращения катализатора в виде дисперсных неорганических включений, дополнительно окиси и двуокиси углерода, которые вводят через перфорированную нижнюю стенку реакционной камеры активации, и смеси летучих продуктов процесса активации, пиролиза гидратцеллюлозной ткани при карбонизации и термического превращения катализатора, которые подают в камеру активации над активируемой тканью, охлаждение которой осуществляют в неокислительной атмосфере со скоростью (2-5) град/мин до температуры (500-700)°C с последующим нерегулируемым охлаждением с более высокой скоростью до температуры не выше 100°C; при этом состав активирующего газового агента имеет следующее соотношение компонентов (масс. %): пары воды - 20,0, окись углерода - 10,0, двуокись углерода - 10,0, летучие продукты активации карбонизованной ткани и пиролиза гидратцеллюлозной ткани, летучие и твердые продукты термического превращения компонентов катализатора - остальное.

Сущность процессов, протекающих при активации углеродной ткани, состоит в развитии исходных пор материала, которые образуются на стадии получения исходных гидратцеллюлозных волокон и определяют величину их удельной поверхности. В процессе пиролиза гидратцеллюлозных волокон на стадии карбонизации и последующей активации удельная поверхность карбонизованных и активируемых волокон меняется в результате вскрытия новых пор и развития уже существующих пор. В местах вскрытия пор происходит частичное превращение твердой углеродной фазы, а газовую вследствие значительной химической эрозии поверхности волокна.

Если процесс карбонизации протекает без взаимодействия карбонизуемого ГЦ-волокна с активирующим агентом, то степень развития удельной поверхности очень небольшая.

Задача при активации сводится к увеличению степени развития удельной поверхности углеродного волокна, образовавшегося при карбонизации ГЦ-волокна. Протекание процесса активации определяется рядом свойств активируемой карбонизованной ткани, из которых наиболее значимым является степень совершенства структуры волокна, а из технологических параметров -температура его взаимодействия с активирующим агентом. От степени структурного совершенства карбонизованного волокна зависит его химическая активность. Чем более структурирован углерод, тем ниже его химическая активность при взаимодействии углеродного волокна с активирующим агентом. Это связано с тем, что величина коэффициента самодиффузии углерода в структуре углеродного волокна влияет на скорость и глубину химического взаимодействия и находится в обратной зависимости от совершенства структуры углерода переходных форм, одной из форм которых является углерод углеродных волокон. Несовершенные в структурном отношении формы углерода, наряду с неупорядоченной структурой, обладают большим количеством ненасыщенных активных связей, чем совершенные формы. Поэтому, чем больше удельная поверхность углеродного волокна приповерхностных ненасыщенных связей и тем больше химическая активность углеродного волокна при взаимодействии с активирующим агентом. Химические потенциалы карбонизованного волокна (μск) и частично-карбонизованного волокна (μч-к) различаются, при этом μскч-к. Это предопределяет протекание процесса активации частично-карбонизованных волокон с более высокой скоростью и глубиной газификации, чем карбонизованных волокон.

Из выше изложенного следует, что активации целесообразно подвергать наименее совершенное в структурном отношении карбонизованное волокно или частично-карбонизованное волокно. Такие волокна могут быть получены при относительно невысокой температуре карбонизации, проводимой с высокой скоростью нагрева, а реализацию процесса в соответствии с первым отличием предлагаемого способа осуществлять непрерывным способом, который более эффективен, чем периодический, и позволяет воспроизвести необходимые технологические параметры с применением предлагаемого катализатора карбонизации в какой-либо комбинации солей бора, фосфора, хлора и азота, одновременно осуществлять комплексное последовательное проведение операций карбонизации, активации и охлаждение в пневмоизолированных не термически сопрягающихся реакционных камерах карбонизации, активации и охлаждения с получением качественного активированного углеволокнистого продукта. Однако операция частичной карбонизации, проводимая при относительно невысокой температуре, должна отвечать требованию, которое состоит в том, чтобы степень карбонизации получаемой частично-карбонизованной ткани, определяемая по потере массы ГЦ-волокном в результате карбонизации, составляло (45-55) мас %, а полученное частично-карбонизованное волокно в результате термохимического превращения позволяло получить углеродное (графитированное) волокно с высокими физико-механическими свойствами.

Еще одной характерной особенностью частично-карбонизованного волокна является лабильность при хранении в нормальных условиях, приводящая к нежелательному изменению свойств. Предотвращение проявления лабильности частично-карбонизованного волокна достигается проведением процесса изготовления активированного материала рекомендуемым комплексным поточным методом. При этом не рекомендуется прерывать процесс между стадиями частичной карбонизации и активации.

Реализация отличительного режима получения активированной углеродной ткани основана на том, что начальный этап процесса активации проходит в камере карбонизации при температуре обработки от (270-290)°C, когда снижается скорость реакции активного пиролиза целлюлозы вследствие достижения значительной степени термохимического превращения и образования начально сформировавшейся углеродистой фазы, для которой характерно большое количество ненасыщенных активных приповерхностных связей и наличие частиц термопревращения катализатора. Эти компоненты возбуждают химическую активность сформировавшейся углеродистой фазы. Создаются благоприятные условия для совмещения процесса карбонизации с одновременной газификацией углеродистого волокна в местах вскрытия пор. Эффективность этого акта объясняется тем, что процесс газификации углеродного вещества идет с поглощением энергии. Его интенсивность зависит от температуры и передачи тепла в зону реакции, скорость которой выше в локальных более горячих точках. Процесс же пиролиза целлюлозы при карбонизации, в отличие от процесса активации, является экзотермическим. Выделяющееся в результате реакций пиролиза тепло способствует протеканию актов газификации в реакционной зоне, в которой присутствует реагент-активатор. Необходимые условия для инициирования процесса развития удельной поверхности формирующегося углеродистого волокна создают присутствующие в карбонизованном волокне твердые дисперсные частицы термопревращения катализатора карбонизации, одновременно выполняющие функцию химического реагента-активатора, а также тепло, выделяющееся при пиролизе в непосредственной близости от точки локальной реакции газификации или непосредственно в этой точке, и тепло, поступающее от внешнего источника. В результате формируются оптимальные свойства частично-карбонизованного полуфабриката, необходимые для эффективной активации при его поступлении в реакционную камеру активации при температуре обработки от (320-450)°C до (850-950)°C.

В соответствии с другим отличием предлагаемого способа активации ткани на основе гидратцеллюлозного сырья, включая лиоцельное, осуществляют позонным нагреванием не менее, чем в двух зонах, начиная от нормальной до температуры (270-290)°C в ходе предкарбонизации, продолжая в последующей зоне карбонизации-активации до температуры нагрева (320-450)°C в неокислительной газовой среде с введением летучих продуктов пиролиза из температурных зон через перфорированную верхнюю стенку реакционной камеры карбонизации непосредственно в камеру активации, и заканчивая не менее, чем в двух зонах камеры активации до температуры нагрева (850-950)°C активируемой ткани, содержащей твердые продукты термического превращения катализатора в виде дисперсных неорганических включений, в смеси активирующего газового агента в составе паров воды, дополнительно окиси и двуокиси углерода, которые вводят через перфорированную нижнюю стенку камеры активации, и смеси летучих продуктов процессов активации, пиролиза и термического превращения катализатора, выделяющихся при карбонизации гидратцеллюлозной ткани, которые попадают в камеру активации над активируемой тканью.

Необходимость проведения карбонизации гидратцеллюлозной ткани в условиях среды, не содержащей газовый активирующий агент, как уже отмечалось ранее, не позволяет получить промежуточный частично-карбонизованный продукт-прекурсор активированного волокна требуемого качества. Быстрая эвакуация летучих продуктов пиролиза непосредственно из температурных зон их образования через перфорированную верхнюю стенку реакционной камеры карбонизации необходима, так как на начальном этапе пиролиза низкотемпературные летучие по своему качественному составу очень агрессивны к карбонизуемому гидратцеллюлозному волокну с выделением в результате взаимодействия большого количества тепла. Вследствие этого термодеструкция волокна протекает без образования карбонизованного продукта с необходимыми для активации свойствами. В то же время, карбонизация гидратцеллюлозного волокна при минимально возможном контакте с агрессивными продуктами пиролиза способствует увеличению скорости термохимических реакций пиролиза волокна без ухудшения свойств получаемой частично-карбонизованной ткани при высоких скоростях нагрева. Карбонизация по предлагаемому режиму позволяет получить частично-карбонизованное волокно, как исходный продукт для получения активированного материала, отвечающий изложенным выше требованиям по свойствам: в результате пиролиза характеризуются потерей массы до (45-50) мас. % при температуре нагрева до (320-450)°C и при высокотемпературной обработке трансформируется в графитированное волокно с высокими физико-механическими свойствами.

Агрессивные летучие продукты, вводимые через перфорированную верхнюю стенку реакционной камеры карбонизации непосредственно в реакционную камеру активации, входят в состав компонентов интегрального активирующего агента и повышают эффективность процесса активации карбонизованной ткани при повышенных температурах, так как содержат в своем составе пары воды, гидроксильные группы, окись и двуокись углерода и низкомолекулярные углеводороды.

Существо термохимических процессов, протекающих при дальнейшем нагревании частично-карбонизованной ткани в камере активации при температуре нагрева от (320-450)°C до (850-950)°C составляет термохимическое превращение углеродистого волокна в карбонизованный с более высокой степенью карбонизации и совершенства структуры, а также протекающий процесс газификации углерода волокна при взаимодействии с активирующим агентом, увеличивающим удельную поверхность углеродного волокна. Эффективность процесса обусловлена протеканием газификации в условиях взаимодействия химически активного волокнистого прекурсора, полученного по рекомендуемому режиму частичной карбонизации с эффективным активирующим агентом предлагаемого состава. В соответствии с данным отличительным признаком реализуют совмещение продолжающегося процесса карбонизации с одновременным газифицированием образующей углеродной фазы волокна, начавшимся в камере карбонизации. Указанная газификация протекает так же, как и при карбонизации, в локальных местах вскрытия новых пор и развития пор, существующих в частично-карбонизованном продукте, введенном в камеру активации.

Еще одно отличительное действие предлагаемого способа получения активированной углеродной ткани характеризуется проведением охлаждения активированной ткани после активации в неокислительной атмосфере со скоростью (2-5) град/мин до температуры (500-700)°C с последующим нерегулируемым охлаждением до температуры не выше 100°C.

Необходимость проведения операции охлаждения активированной ткани после активации в особых условиях вызвана высоким взаимодействием углеродной ткани с развитой удельной поверхностью с кислородом воздуха при относительно невысоких температурах. Поэтому при охлаждении активированной ткани в первую очередь необходимо исключить ее контакт с кислородом воздуха и вообще с окислительной средой. Во-вторых, необходимо провести операцию, которую условно можно обозначить как «регенерация», то есть необходимо освободить развитую поверхность активированной ткани от адсорбированных ею соединений активирующего газового агента. Эту операцию обычно проводят с активированным материалом, утратившим активность адсорбции в результате взаимодействия с очищаемой средой. Именно нагрев в инертной атмосфере способствует регенерации адсорбера. В рекомендуемом режиме охлаждение ткани проводят не столь быстро, чтобы она естественно освободилась от адсорбированных ею при активации соединений. Однако необходимость охлаждения с невысокими скоростями значительно увеличивает длительность процесса получения активированной ткани в целом. Поэтому при достижении тканью температуры порядка (500-700)°C, при которой снижается эффективность регенерации, целесообразно увеличить скорость охлаждения. Но эту операцию следует проводить до температуры не более, чем 100°C, при которой практически прекращается взаимодействие активированной ткани с воздухом, и она утрачивает способность саморазогрева до температуры возникновения тления.

Отличие предлагаемого способа получения активированной углеродной ткани заключается также и в соотношении компонентов используемого активирующего агента; % масс:

- пары воды - 20,0;

- окись углерода - 10,0;

- двуокись углерода - 10,0;

- летучие продукты активации карбонизованной ткани и пиролиза гидратцеллюлозной ткани, летучие и твердые продукты термического превращения компонентов катализатора -остальное.

Указанный количественный состав и соотношение составляющих компонентов интегрального активирующего агента, а также последовательность их подачи в реакционную камеру активации повышает эффект увеличения удельной поверхности активируемой ткани. Качественный состав и соотношение компонентов активирующего агента определили опытным путем.

Общее количество активирующего интегрального агента в процессе получения активированной углеродной ткани зависит от скорости транспортирования исходной гидратцеллюлозной ткани через камеры карбонизации, активации и охлаждения. При этом соотношение масс образующегося активированного углеродного волокна и выделяющегося газообразного продукта остается достаточно близким к постоянному независимо от скорости транспортирования активируемого материала.

Для определения расхода в единицу времени окиси и двуокиси углерода и паров воды, соотношение масс которых в частях составляет 1:1:2, при изготовлении активированной ткани определяют общую массу гидратцеллюлозной ткани, транспортируемой при карбонизации и активации с заданной скоростью и массу полученной активированной углеродной ткани. По разности указанных масс устанавливают величину потери массы гидратцеллюлозной тканью, 60% которой представляют массу летучих продуктов активации карбонизованной ткани и пиролиза гидратцеллюлозной ткани и массу летучих и твердых продуктов термического превращения компонентов катализатора. Остальная масса потери массы гидратцеллюлозной ткани (40% общей массы) представляет компонент активирующего агента, в состав которого входят пары воды, окиси и двуокиси углерода.

Ранее уже отмечалось, что эффект увеличения удельной поверхности, помимо качественного и количественного состава интегрального активирующего агента, достигается также особенностью его подачи в реакционные камеры по отдельным компонентам.

Твердые продукты термического превращения катализатора карбонизации вступают во взаимодействие с волокном в камере карбонизации как химически активирующий агент при температуре нагрева выше 270°C, когда в гидратцеллюлозном волокне возникает формирование фазы твердого углерода и активно раскрываются поры. При последующем высокотемпературном нагреве ткани в камере активации твердый активатор продолжает взаимодействовать с активируемым частично-карбонизованным прекурсором и образующимся из него карбонизованным волокном, повышая эффект увеличения удельной поверхности углеродного активированного волокна.

Целесообразно, чтобы в процессе активации волокна соблюдалась установленная последовательность обработки ткани газовыми компонентами активирующего агента. Вначале, на выходе из реакционной камеры карбонизации, где ГЦ-волокно подвергают начальной активации взаимодействием с твердым активатором, на ткань воздействуют частью газового активирующего агента в составе летучих продуктов пиролиза ГЦ-волокна в смеси и продуктами активации и термического разложения катализатора для возбуждения физической активации.

Часть интегрального активирующего агента в составе паров воды, окиси и двуокиси углерода приводят к взаимодействию с активируемой тканью, «профильтровывая» через нижнюю перфорированную стенку камеры активации активируемую ткань при температуре от 500°C до 950°C. В камере активации данные летучие компоненты смешиваются с уже находящейся в камере частью интегрального активирующего агента в составе летучих продуктов пиролиза, активации и термического превращения катализатора, образуя интегральный активирующий агент в полном составе.

По мере продвижения частично-карбонизованной ткани через камеру активации к ее более высокотемпературной зоне повышается степень карбонизации и содержание углерода, то есть ткань превращается в карбонизованную ткань (но с относительно развитой удельной поверхностью волокон и малоструктурированным углеродом) и может воспринимать воздействие наиболее агрессивных компонентов активирующего агента (паров воды, окиси и двуокиси углерода), которые инициируют активный процесс газификации сформировавшейся углеродной фазы карбонизованного волокна с увеличением удельной поверхности.

Важным технологическим приемом проведения процесса активации является введение указанных компонентов в камеру активации, «профильтровывая» через ткань, которая служит определенной пневмопреградой на пути их потока из смесительного коллектора в камеру активации. Такой принудительный контакт нитей карбонизованной ткани с газовым активирующим агентом обеспечивает стабильную и равномерную обработку, включая проникновение активирующего агента в межволоконные пространства ткани и обработку поверхностей филаментов, что способствует увеличению удельной поверхности.

Существо термохимических процессов, протекающих при дальнейшем нагревании частично-карбонизованной ткани в камере активации при температуре от (320-450)°C до (850-950)°C составляет всевозрастающий процесс, собственно, термохимического превращения углеродистого волокна в карбонизованный продукт с более высокой степенью карбонизации и совершенства структуры и сопутствующий процесс газификации углерода волокна при взаимодействии с активирующим агентом, увеличивающим удельную поверхность углеродного волокна. Эффективность процесса при этом обусловлена ходом газификации при взаимодействии химически активного прекурсора, полученного по рекомендуемому режиму частичной карбонизации с эффективным активирующим агентом предлагаемого состава. В реакционной камере активации при повышении температуры нагрева реализуют совмещение продолжающегося процесса карбонизации с одновременным газифицированием образующейся углеродной фазы волокна, начальная стадия которого была инициирована в камере карбонизации.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примером его исполнения.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации непрерывного способа получения активированной углеродной ткани. Устройство представляет собой электропечь с несколькими зонами нагрева, возрастающего в направлении транспортирования гидратцеллюлозной ткани (1), указанного стрелкой А. В зонах нагрева, не менее трех (I-III), обеспечивают нагревание до температуры (320-450)°C при транспортировании гидратцеллюлозной ткани (1) в реакционной камере карбонизации (2), разделенной на зоны нагрева (I-III) теплоизоляцией (3). Не менее 2-х зон нагрева (IV-V) с интервалом температуры от (320-450)°C до (850-950)°C используют для нагревания ткани в реакционной камере активации (4). При транспортировании гидратцеллюлозной ткани, содержащей катализатор карбонизации в виде неорганических включений бора, хлора, фосфора и азота осуществляется единой комплекс последовательной карбонизации, активации и охлаждения в пневмоизолированных при помощи гибких пневмопреград (5), но термически сопрягающихся реакционных камерах карбонизации (2), активации (4) и охлаждения (13). В камере карбонизации (2) присутствует неокислительная среда. Карбонизацию гидратцеллюлозной ткани проводят в зонах нагрева (I-III), при этом после нагрева в зонах (I-II) от нормальной температуры до температуры (270-290)°C начинают процесс активации, когда гидратцеллюлозная ткань находится на стадии предкарбонизации (частичной карбонизации), и продолжают в зоне нагрева (III) до (320-450)°C, в которой проводят совмещенную карбонизацию и активацию. Летучие продукты термообработки гидратцеллюлозной ткани, выделяющиеся в зонах нагрева (I-III) камеры карбонизации (2), направление движения которых обозначено стрелками Б, вводят через перфорированную верхнюю стенку (6) из камеры (2) непосредственно в камеру активации (4), где они используются в качестве газового компонента активации частично-карбонизованной и образовавшейся из нее карбонизованной ткани (7). Заканчивают процесс активации карбонизованной ткани (7) в зонах нагрева (IV-V), в которых устанавливают температуру нагрева от (320-450)°C до (850-950)°C. При этом на поверхности активированной карбонизованной ткани (7) присутствуют твердые продукты термического превращения катализатора карбонизации в виде дисперсных включений. При переводе из зоны (III) камеры карбонизации (2) в зону (IV) камеры активации (4) частично-карбонизованную ткань (8) подвергают воздействию смеси летучих продуктов процессов активации, пиролиза гидратцеллюлозной ткани (1) при карбонизации и термического превращения катализатора.

Частично-карбонизованную ткань (7) на переходе из камеры карбонизации (2) в камеру активации (4) подвергают обработке потоком (стрелки Б) газовой смеси в составе продуктов пиролиза гидратцеллюлозной ткани (1) и термического превращения соединений-компонентов катализатора, которые смешиваются с потоком Б компонентов газового активирующего агента и в дальнейшем участвуют в активации карбонизованной ткани (7) в составе интегрального активирующего агента. В зонах (IV-V) камеры активации (4) активируемую карбонизованную ткань подвергают нагреванию до температуры (850-950)°C и одновременной обработке потоком (В) газовой смеси в составе паров воды, окиси и двуокиси углерода, которую подают из смесительного коллектора (9) через нижнюю перфорированную стенку (10) камеры активации (4) непосредственно на ткань (7). Этот поток, профильтровываясь через ткань (7), взаимодействует как с нитями ткани, так и с филаментами нитей, смешивается с газовым потоком (Б) и в составе интегрального активирующего агента взаимодействует с обрабатываемой тканью (7).

Активированная углеродная ткань (12) на выходе из камеры активации (4) поступает в камеру охлаждения (13), в зоне VI которой проводят ее регулируемое охлаждение со скоростью (2-5)°C/мин до температуры (500-700)°C в инертной атмосфере. В зоне VII камеры (13) активированную ткань охлаждают в инертной среде в нерегулируемом режиме до температуры не выше 100°C.Параметры операции охлаждения в зоне VII в основном, определяются тепловой инерционностью камеры охлаждения в этой зоне.

Отработанный активирующий агент удаляют из камеры активации (4) через патрубок (11).

На выходе из камеры охлаждения (13) охлажденная активированная ткань (14) принимается в рулон или складывается в «книжку».

На всех стадиях комплексного непрерывного процесса обработки гидратцеллюлозной ткани и тканевых продуктов ее термопревращения (частично-карбонизованного и карбонизованного) интегральным активирующим агентом в составе паров воды, окиси и двуокиси углерода, летучих продуктов активации карбонизованной и частично-карбонизованной ткани, летучих и твердых продуктов термического превращения компонентов катализатора в соответствии с предлагаемым способом получают активированную углеродную ткань с большим значением удельной поверхности волокон до 400 м2/г, производительность процесса получения ткани при этом повышается не менее чем на 30%, по сравнению с известным способом.

Источники информации

1 Патент РФ №2520982 D01F 9/16, опубл. 27.06.2014

2 Патент РФ. Ru №2000360 D01F 11/16, опубл. 22.01.1992

3 А.С. Фиалков. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. Аспект-Пресс, М. 1997, 718 с.

1. Способ получения активированной углеродной ткани, включающий активацию карбонизованной ткани смесью водяного пара и газообразных продуктов активации при повышенных температурах обработки, отличающийся тем, что карбонизацию гидратцеллюлозной ткани, содержащей катализатор в виде неорганических включений солей бора, фосфора, хлора и азота, активацию полученной карбонизованной ткани и охлаждение активированной ткани осуществляют в едином комплексном процессе при непрерывном транспортировании ткани последовательно через пневмоизолированные, но термически сопрягающиеся реакционные камеры карбонизации, активации и охлаждения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активацию ткани на основе гидратцеллюлозного волокна осуществляют позонным нагреванием не менее чем в двух зонах в температурном интервале от комнатной температуры до (270-290)°С в зоне предкарбонизации, продолжая в последующей зоне карбонизации-активации до температуры нагрева (320-450)°С в неокислительной газовой среде с подачей летучих продуктов пиролиза, выделяющихся из карбонизованной ткани в зонах нагрева через перфорированную верхнюю стенку камеры карбонизации, в отсек газоввода камеры активации и заканчивая не менее чем в двух зонах камеры активации нагреванием до температуры (850-950)°С активируемой ткани, содержащей на поверхности и в порах волокон твердые продукты термического превращения катализатора в виде дисперсных неорганических включений, в смеси активирующего газового агента в составе паров воды, дополнительно окиси и двуокиси углерода, которую вводят через перфорированную нижнюю стенку камеры активации, и смеси летучих продуктов процессов активации, пиролиза и смеси термического превращения катализатора, выделяющихся при карбонизации гидратцеллюлозной ткани, которые подают в камеру активации над активируемой тканью.

3. Способ по п. 1, 2, отличающийся тем, что охлаждение активированной ткани осуществляют в неокислительной атмосфере со скоростью (2-5)°С/мин до температуры (500-700)°С, с последующим охлаждением в инертной атмосфере до температуры не выше 100°С.

4. Способ по п. 1, 2, 3, отличающийся тем, что состав активирующего агента имеет следующие соотношения компонентов, мас. %:

- пары воды - 20,0;

- окись углерода - 10,0;

- двуокись углерода - 10,0;

- летучие продукты активации карбонизованной ткани и пиролиза гидратцеллюлозной ткани, летучие и твердые продукты термического превращения компонентов катализатора - остальное.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа отделки лиоцельногоегидратцеллюлозного волокна при получении прекурсора углеродного волокнистого материала.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к получению углеродных волокнистых материалов в виде нитей, жгутов, лент, тканей и т.п. путем термохимической обработки гидратцеллюлозных (ГЦ) волокон.
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа получения углеродного нетканого волокнистого материала. Способ включает формирование нетканого материала из целлюлозного волокнистого сырья иглопрокалыванием из двух наружных иглопробивных слоев и внутреннего однонаправленного слоя между ними из непрерывных целлюлозных нитей и последующую карбонизацию и графитацию при постепенном повышении температуры нагревания в инертной атмосфере, перед формированием нетканого полотна исходные непрерывные нити текстильно перерабатывают в кордную ткань с плотностью по основе не более 20-40 нитей/10 см, по утку не более 10 нитей/10 см ширины, причем линейная плотность нитей по основе не более 192 текс, а нитей по утку не более 50 текс, затем полученную кордную целлюлозную ткань подвергают отделке тепловлажностной обработкой, синтезу катализатора карбонизации на поверхности волокон, паровоздушному воздействию и окончательной вентилируемой сушке, часть полученной отделанной кордной ткани штапелируют, из штапелированных отделанных волокнистых материалов изготавливают два иглопробивных нетканых полотна, которые размещают с обеих сторон отделанной кордной ткани, иглопрокалывают и получают отделанное нетканое целлюлозное полотно - прекурсор углеродного нетканого полотна.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к получению углеродных волокнистых материалов в виде нитей, жгутов, лент, тканей и т.п. путем термохимической обработки гидратцеллюлозных (ГЦ) волокон.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается устройства для получения углеродного волокнистого материала, состоящего из следующих основных конструктивных элементов: стендов для установки рулонов исходной целлюлозной ткани, карбонизированной ткани и углеродной ткани после графитации; подающих устройств для транспортирования и протяжки ткани по линиям подготовки, карбонизации и графитации; ванны сапожкового типа для обработки ткани в растворе соединений-предшественников катализатора; печей шахтного типа для сушки и пропарки ткани после обработки ее в растворе соединений-предшественников катализаторов и на стадии окончательной сушки; печи шахтного типа для карбонизации при температуре 700°С и изменении степени деформации целлюлозной ткани в интервале от -25 до +30%; печи графитации для высокотемпературной обработки карбонизированной ткани; системы очистки воздуха; парогенератора; дополнительной ванны сапожкового типа между имеющейся ванной и печью шахтного типа для сушки, связанной с реактором для получения золя нанодисперсных металлов из группы: серебро, железо, медь, никель или кобальт в количестве от 0,05 до 3,5 мас.% с размером частиц от 1 до 50 нм с использованием электроконденсационного метода, причем дополнительная ванна и реактор для золя связаны между собой циркуляционным насосом, с помощью которого осуществляется перемешивание жидкой фазы и пропитка золем целлюлозного волокнистого материала в дополнительной ванне сапожкового типа, а реактор для получения золя нанодисперсных металлов имеет линейную форму с линейно расположенными электродами, к которым подводится электрический ток с частотой до 1 кГц и напряжением до 1 кВ.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа получения углеродных волокнистых материалов. Исходный целлюлозный волокнистый материал обрабатывают катализатором - раствором, содержащим гидроортофосфат аммония, хлорид аммония и хлористый натрий, с последующей сушкой волокнистого материала, его терморелаксацией, карбонизацией и графитацией при повышенной температуре.

Изобретение может быть использовано при получении теплозащитных материалов. Сначала жидкие олигомерные смолы, содержащие (5-15)% силанольных групп, соответствующих общей формуле: HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, где Me - метил; m и n - целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10, с молекулярной массой 900-2400 и вязкостью 520-1700 сП, подвергают вакуумной отгонке при температуре (115-130)°С до содержания толуола (0,5-1,0) мас.%.

Изобретение относится к способу получения углеродных нановолокон и/или углеродных нанотрубок. Способ включает пиролиз дисперсного целлюлозного и/или углеводного субстрата, импрегнированного соединением элемента или элементов, металл или сплав которых, соответственно, способен образовывать карбиды, в по существу свободной от кислорода атмосфере, содержащей летучее соединение кремния, необязательно в присутствии соединения углерода.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к процессам карбонизации волокнистых вискозных материалов, и может быть использовано при производстве графитированных волокнистых материалов, используемых в качестве наполнителей композиционных материалов; электродов; гибких электронагревателей; фильтров агрессивных сред; в изделиях спортивного и медицинского назначения и др.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается установки карбонизации волокнистых вискозных материалов для получения комбинированных углеродных нитей.

Изобретение относится к технологии получения активированных углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон, обладающих высокими адсорбционными свойствами, которые используются в химической промышленности, в медицине. В способе получения активированной углеродной ткани, включающем активацию карбонизованной ткани смесью водяного пара и газообразных продуктов активации при повышенных температурах обработки, в соответствии с предлагаемым техническим решением, процесс карбонизации гидратцеллюлозной ткани, содержащей катализатор в виде неорганических включений солей бора, фосфора, хлора и азота, процесс активации полученной карбонизованной ткани и охлаждение активированной ткани осуществляют в едином комплексном процессе при непрерывном транспортировании ткани последовательно через пневмоизолированные, но термически сопрягающиеся реакционные камеры карбонизации, активации и охлаждения. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить интенсивность процесса активации, увеличить стабильность и производительность получения активированной углеродной ткани. В соответствии с предлагаемым способом получают активированную углеродную ткань с большим значением удельной поверхности волокон. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх