一种高纯碳的制备方法及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于高纯碳生产技术领域，具体涉及一种高纯碳的制备方法及其用途。
【背景技术】
[0002] 碳在自然界中有很多存在形式，碳化合物是非常丰富的化学物质，碳是生命元素。 其单质也有很多形态如无定型、层状结构(片状、球状、管状）、四面体形结构等。自然界中天 然存在的碳以石墨和金刚石为主，天然石墨杂质往往较高，而金刚石是一种高纯碳，因此金 刚石在光学、电子及机械加工等学科得以广泛应用。几乎所有的有机物都是以碳为主链形 成的有机分子，所以炭的人工制造相对简单，对有机物进行不充分燃烧即可得到炭，但是这 样形成的炭会有很多杂质，如金属、金属氧化物、硅氧化合物以及钙氧物等灰分。含杂质的 炭在实际应用过程中受到很多限制，而金刚石作为一种天然资源也是有限的，而且它在如 医学、电学以及光学等领域的应用认知还很有限。所以制备高纯碳可以为我们在现有认知 条件下对电学、光学、热学以及生命科学等起到推动作用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决上述问题，提供一种高纯碳制备方法及其用途，该制备方法 操作简单，所制得的高纯碳的碳含量高且电阻率小。
[0004]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种高纯碳的制备方法，将碳质材料 置于真空或惰性气氛中，同时在800~3500°C、0.01~IMPa条件下，保温2~8小时，即制得碳 含量可达99.99%的高纯碳。
[0005]上述技术方案中，所述碳质材料为活性炭、炭黑、石墨、碳气凝胶、微晶碳以及金刚 石中至少一种。
[0006]上述技术方案中，所述活性炭包括椰壳炭、竹炭、焦炭和沥青炭。
[0007] 上述技术方案中，所述炭黑包括气黑、灯黑、乙炔黑、槽黑和炉黑。
[0008]上述技术方案中，所述石墨包括天然石墨和人造石墨。
[0009] 上述技术方案中，所制得高纯碳的碳含量为99%~99.99%。
[0010]上述技术方案中，所制得高纯碳的电阻率为6X 10-6~11 X 10-5。
[0011]常见的物质熔点(沸点）一般是在2000°C以下，只有极少数物质的沸点在3000°C以 上，如钨及其合金材料。而碳原子的沸点远远超过3000°C。因此通过高温使碳质材料中的其 他物质气化或气化分解，通过气体抽吸的方法将气化的物质带走，只留下碳，即制得高纯 碳。值得说明的是，在本发明中，反应温度是800~3500°C，因碳质材料不同，其所含杂质不 同，因此其中800°C为使碳质材料中沸点最低的杂质气化的最低温度，优选反应温度为2000 ~3500°C。在本发明中，保温时间2~8小时，其中2小时是碳质材料中杂质含量趋于平缓的 最短时间，优选保温时间为2~4小时。进一步的，真空或惰性气氛是为了提供无氧环境，其 中，惰性气氛可以是氮气气氛或氩气气氛。
[0012]需要说明的是，在本发明中，对活性炭、炭黑、石墨、碳气凝胶、微晶碳以及金刚石， 均无特殊要求，可通过市场购买获得。
[0013]上述技术方案中，所制得的高纯碳用于为电子、光学或医药行业产品开发及应用 提供高纯碳基础材料。
[0014]本发明的有益效果是：本发明提供的高纯碳的制备方法，通过控制温度、压力范 围，利用高温使碳质材料中的杂质气化或气化分解，快速高效去除碳质材料所含杂质，工艺 简单，操作便捷，不需要复杂的化学反应即可制得纯度高达99.99%的高纯碳，具有广阔的 应用前景，值得在业内推广。本发明提供的制备方法所制备的高纯碳纯度高，具有良好电学 和生物学性能，尤其适用于为电子、光学或医药行业产品开发及应用提供高纯碳基础材料。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例4中微晶碳为碳质材料所获高纯碳的能谱分析图，其中图A是 高碳样品图，图B是高纯碳电子能谱图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
[0017]以下将以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料，分别在不同工艺条件 下制取高纯碳，乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨未经本发明提供的制备方法处理时各 性能参数，如表1所示：
[0018]表1:碳质原材料性能参数
[0019]
[0020] 实施例1
[0021]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料，在氮气氛围中，于800°C、IMPa条件下，保温2小时，制得高纯碳。
[0022] 实施例2
[0023]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料，在氩气氛围中，于2000°C、IMPa条件下，保温4小时，制得高纯碳。
[0024]实施例3
[0025]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料，在氮气氛围中，于3000°C、IMPa条件下，保温4小时，制得高纯碳。
[0026]实施例4
[0027]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料，在真空中，于3500°C、0.0 IMPa 条件下，保温4小时，制得高纯碳。
[0028] 对实施例1~4中，以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料分别制得的 高纯碳进行元素分析，结果如表2所示：
[0029] 表2:实施例1~4获得的高纯碳元素分析结果
[0030]
[0031] 对实施例4中，以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨为碳质材料分别制得的高纯 碳进行元素分析以及电学、生物学测试，结果如表3所示：
[0032] 表3:实施例4获得的高纯碳元素分析以及电学、生物学测试结果
[0033]
[0034] 如图1所示，实施例4微晶碳为碳质材料所获高纯碳的能谱图，能谱分析结果如表4 所示：
[0035] 表4:实施例4微晶碳为碳质材料所获高纯碳能谱分析结果
[0036]
[0037]
[0038] 由表1~4对比分析可知，利用本发明提供的制备方法制备高纯碳，碳质材料的碳 含量均有大幅度提升，最终可获得几乎全碳材料。从制备高纯碳的角度而言，原始碳质材料 的碳含量越高，杂质越少，因此，优选微晶碳作为制备高纯碳的碳质材料，上述乙炔黑、天然 石墨、人造石墨为普通市售产品，微晶碳购自巴中市永润农业科技有限公司。
[0039] 综上所述，相比于现有技术中高纯碳的制备几乎均依赖于化学除杂，不仅工艺复 杂，且处理不当易造成环境污染，本发明提供的高纯碳的制备方法，通过控制温度、压力范 围，利用高温使碳质材料中的杂质气化或气化分解，快速高效去除碳质材料所含杂质，工艺 简单，操作便捷，不需要复杂的化学反应即可制得纯度高达99.99%的高纯碳，具有广阔的 应用前景，值得在业内推广。本发明提供的制备方法所制备的高纯碳纯度高，具有良好电学 和生物学性能，尤其适用于为电子、光学或医药行业产品开发及应用提供高纯碳基础材料。
[0040]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种高纯碳的制备方法，其特征在于：将碳质材料置于真空或惰性气氛中，同时在 800~3500°C、0.01~IMPa条件下，保温2~8小时，即制得碳含量可达99.99 %的高纯碳。2. 根据权利要求1所述的高纯碳的制备方法，其特征在于:所述碳质材料为活性炭、炭 黑、石墨、碳气凝胶、微晶碳以及金刚石中的至少一种。3. 根据权利要求2所述的高纯碳的制备方法，其特征在于:所述活性炭包括椰壳炭、竹 炭、焦炭和沥青炭。4. 根据权利要求2所述的高纯碳的制备方法，其特征在于:所述炭黑包括气黑、灯黑、乙 炔黑、槽黑和炉黑。5. 根据权利要求2所述的高纯碳的制备方法，其特征在于:所述石墨包括天然石墨和人 造石墨。6. 根据权利要求1~5任一所述的高纯碳的制备方法，其特征在于:所制得高纯碳的碳 含量为99%~99.99%。7. 根据权利要求1~5任一所述的高纯碳的制备方法，其特征在于:所制得高纯碳的电 阻率为 6X10-6~11X10-5。8. -种根据权利要求1~7任一所述高纯碳的制备方法所制备的高纯碳的用途，其特征 在于:所述高纯碳用于为电子、光学或医药行业产品开发及应用提供高纯碳基础材料。
【专利摘要】本发明公开了一种高纯碳的制备方法及其用途，将碳质材料置于真空、氮气或氩气气氛中，同时在800～3500℃、0.01～1MPa条件下，保温2～8小时，即制得碳含量可达99.99％的高纯碳。所制得的高纯碳用于为电子、光学或医药行业产品开发及应用提供高纯碳基础材料。本发明提供的高纯碳的制备方法，通过控制温度、压力范围，利用高温使碳质材料中的杂质气化或气化分解，快速高效去除碳质材料所含杂质，工艺简单，操作便捷，不需要复杂的化学反应即可制得高纯碳，具有广阔的应用前景，值得在业内推广。所制得高纯碳纯度高，具有良好电学和生物学性能，尤其适用于为电子、光学或医药行业产品开发及应用提供高纯碳基础材料。
【IPC分类】C01B31/02
【公开号】CN105439120
【申请号】CN201510920643
【发明人】陈国
【申请人】四川百草通科新材料科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月11日