专利名称：一种煤基炭膜的调孔方法
技术领域：
本发明属于新材料技术领域，涉及到一种炭膜的调孔方法，特别是涉及到煤基炭膜的调孔方法。
背景技术：
目前，炭膜的调孔方法有很多。Kusakable等以O2为活化介质，采用活化法进行调节孔结构。由于炭膜在炭化过程中逸出的气体在高温下会分解成炭微粒，这些炭微粒又会堵塞炭化时形成的部分孔道，从而形成死端孔。活化时，堵塞膜孔孔道的炭微粒与活化介质接触，发生氧化反应生成CO或CO2，从而使死端孔打开而得到通孔，在一定程度上提高了炭膜的渗透通量和比表面积(Journal ofMembrane Science，1998，14959)；化学气相沉积(CVD)也是一种常用的膜孔径修饰技术，其原理是将气相有机物分子在膜表面进行热分解生成碳沉积在大孔壁内，从而起到调孔的作用。Hayashi等用化学气相沉积法(CVD)来调控炭膜的孔结构，将炭化后的多孔炭膜在一定温度下加热，并使其与丙烯气接触一定时间，由于丙烯气体受热裂解生成的碳便附着在多孔炭膜的孔道内壁上，使孔道变窄，从而达到调节孔径的目的(Journal of Membrane Science，1997，124243)。
尽管上述方法能够较好的调节炭膜的孔结构，但由于这些方法仅仅是对炭膜已形成的孔结构进行适当的修饰，而不是在炭膜孔结构形成过程中对炭膜的孔结构进行调控，所以，只能使炭膜的孔结构得到一定的改善，即只是定性的扩孔或堵孔，而不能定向的控制炭膜的孔隙结构。
发明内容
本发明的目的是提供了一种操作简便，易于控制的炭膜孔结构调节的方法。解决现有炭膜调孔技术中所存在的调控工艺复杂，孔径难于调控的问题。
本发明所提供的一种煤基炭膜调孔方法的技术方案包括(1)按一定的质量配比将粘结剂与造孔剂同时加入烧杯中，其中造孔剂的加入量通常占混合物总质量的30％～60％，然后立即用干净的玻璃棒搅拌，使造孔剂能够均匀的分散在粘结剂中，为了能使造孔剂易于分散在粘结剂中，因而对造孔剂与粘结剂之间应的相容性要求很高，选用不同的粘结剂种类，相应的应选择不同种类的造孔剂。
(2)将粘结剂和造孔剂的混合物与煤粉同时加入到混料器中，混合均匀后经成型机积压出原膜，并在室温下对原膜进行干燥处理。
(3)将原膜放入程序升温控制炭化炉中，在惰性气体保护下以一定的升温速率进行炭化后便制备出所须平均孔径和孔径分布的炭膜。由于煤粉在热解的过程中会经历胶质体状态，为了避免已形成的孔结构再遭到破坏，因而通常要求这种有机高分子聚合物的热解温度应在300℃～500℃，同时为了使炭膜具有发达的孔隙率，造孔剂在热解时应大部分分解成小分子气体析出，因而要求有机高分子聚合物热分解的失重率应在95％～100％。通常可用作造孔剂的有机高分子聚合物为聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物及其与聚丁二烯橡胶的接枝共聚物等中的一种。
本发明的效果和益处是(1)采用造孔剂对炭膜孔结构进行调控，工艺简单、易于操作。
(2)利用不同造孔剂在热解时产生的气体分子大小的不同，可以制备出具有不同平均孔径和孔径分布的炭膜。
(3)在炭膜孔结构形成过程中对其进行适当的调控，与现有的调孔方法相比，本方法对炭膜孔结构形成的调控更直接，而且还省去了许多复杂的环节。
具体实施例方式
以下详细叙述本发明的具体实施方式
和实施例实施例1分别称取40g粘结剂和20g聚乙烯醇缩丁醛放入烧杯中，立即用干净的玻璃棒搅拌，使其能够均匀的分散在粘结剂中。再称取80g煤粉，将其与粘结剂和聚乙烯醇缩丁醛的混合物同时加入到混料器中，混合均匀后经成型机积压出原膜。让其在室温下干燥10小时后，放入炭化炉中，在氩气保护下，以3℃/min的升温速率升至900℃并恒温30min，待其冷却到100℃以下便可取出。经过测试，炭膜的平均孔径为50nm，孔隙率为41％，在20℃，0.2Mp下N2渗透通量为1.371×10-5cm3.cm/(cm2.s.cmHg)实施例2分别称取40g粘结剂和25g苯乙烯-丙烯腈共聚物放入烧杯中，立即用干净的玻璃棒搅拌，使其能够均匀的分散在粘结剂中。再称取80g煤粉，将其与粘结剂和苯乙烯-丙烯腈共聚物的混合物同时加入到混料器中，混合均匀后经成型机积压出原膜。让其在室温下干燥10小时后，放入炭化炉中，在氩气保护下，以3℃/min的升温速率升至900℃并恒温30min，待其冷却到100℃以下便可取出。经过测试，炭膜的平均孔径为100nm，孔隙率为48％，在20℃，0.2Mp下N2渗透通量为7.371×10-5cm3.cm/(cm2.s.cmHg)
权利要求
1.一种煤基炭膜的调孔方法，是在煤基炭膜的制备过程中，通过加入造孔剂，利用其在炭化过程中热解析出，在炭膜中形成具有所需平均孔径和孔径分布的孔隙结构，其特征在于(1)将粘结剂与造孔剂同时加入容器中进行搅拌，使造孔剂能够均匀的分散在粘结剂中；(2)将粘结剂和造孔剂的混合物与煤粉同时加入到混料器中，混合均匀后经成型机挤压出原膜，并在室温下对原膜进行干燥处理；(3)将原膜放入炭化炉中，在惰性气体保护下升温炭化，制备出所需平均孔径和孔径分布的炭膜。
2.根据权利要求1所述一种煤基炭膜的调孔方法，其特征在于造孔剂的加入量为混合物总质量的30％～60％。
3.根据权利要求1所述一种煤基炭膜的调孔方法，其特征在于造孔剂的热解温度为300℃～500℃，热解失重率在95％～100％。
4.根据权利要求1所述一种煤基炭膜的调孔方法，其特征在于造孔剂是聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物及其与聚丁二烯橡胶的接枝共聚物等。
全文摘要
本发明属于新材料技术领域，涉及到一种炭膜的调孔方法，特别涉及到煤基炭膜的调孔方法。其特征在于在煤基炭膜的制备过程中，通过加入一定量的造孔剂，利用造孔剂在炭化过程热解产生的小气体分子的析出，从而在炭膜中形成具有一定平均孔径的孔隙结构。本发明的效果和益处是解决现有炭膜调孔技术中工艺复杂，孔径难于调控的问题，提供了一种操作简便，易于控制的孔结构调节方法。
文档编号B01D71/02GK1490075SQ0313419
公开日2004年4月21日 申请日期2003年8月30日 优先权日2003年8月30日
发明者王同华, 宋成文 申请人:大连理工大学