一种泡沫炭的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种泡沫炭的制备方法及应用，所述制备方法包括如下步骤：将高软化点沥青快速升温至400～500℃，加热后得到第一中间体；将所述第一中间体趁热慢速升温至600℃，加热后得到第二中间体；将所述第二中间体先快速升温至600℃后，再慢速升温至1000℃，得到泡沫炭。该泡沫炭用于A级节能建筑保温材料或用于污水处理固菌载体的泡沫炭。本发明专利技术通过控制发泡过程的升温速率及槽模壁厚，解决了温度场传热不均匀问题，在较低温度和压力下形成泡孔均匀、规整的泡沫炭结构；使泡沫炭基体在较高温度下进一步收缩，使其在常温下易于整体取出；取出的泡沫炭半成品在常压下，在不同温度段分别控制升温程序，得到合格的泡沫炭。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用高软化点沥青(软化点200～300℃)连续制备泡沫炭的技术。
技术介绍
泡沫炭作为一种蜂窝状的碳质功能材料，不仅强度高、导热系数低、密度低、热膨胀系数低、耐高温、抗氧化、耐酸、耐碱、吸水率低、无挥发性物质、不产生有毒气体，而且具有很好的可成型性和可加工性能。因此，泡沫炭可广泛用作A级节能建筑保温材料、航空航天用隔热材料、高温管道保温材料以及生物污水处理用生物菌固菌载体材料等。目前，用作制备泡沫炭的原料主要有中间相沥青、酚醛树脂和煤，且都是在较高的发泡温度和发泡压力(600℃/7～10MPa)下制备泡沫炭。至今，国内仍未实现泡沫炭的工业化生产，其根本原因在于：1)高温高压发泡技术在工业上难以实现连续化生产，且存在设备成本高、生产安全问题；2)中间相沥青是一种易于石墨化的碳质前躯体，适宜于制备高导热泡沫炭，不宜用作制备隔热材料，且中间相沥青的成本很高；3)当以酚醛树脂为原料时，所制泡沫炭脆性很大，因此在整体结构控制、孔结构的均一性控制、结构的稳定性控制方面难度相当大；4)以煤为原料时，只能采用间歇式高压发泡，难以实现连续化工业生产。5)由于发泡温度、压力高，造成设备泄漏的可能性就大，设备泄漏会引起气体突然释放，导致泡沫炭出现裂纹；6)由于发泡温度、压力高，需要增加槽模壁厚，影响传热速率和温度场的均匀性，造成泡沫炭内部孔隙结构不均匀。
技术实现思路
采用高软化点沥青(软化点200～300℃)结合A级节能建筑保温材料的尺寸，在低温、低压下设计出壁薄的槽模，根据槽模的尺寸设计出窑车窑，在窑
车窑上实现连续生产用于A级节能建筑保温材料或用于污水处理固菌载体的泡沫炭。基于上述目的，本专利技术提供了一种泡沫炭的制备方法，其包括如下步骤：a)将软化点为200～300℃的高软化点沥青以4～6℃/min的速率升温至400～500℃，加热后得到第一中间体；通过快速升温，使体系内的温场迅速达到均匀，液体的流变性能在400～500℃迅速发泡并迅速固化，形成泡沫炭基体。b)将所述第一中间体趁热以2～3℃/min的速率升温至600℃，加热后得到第二中间体；本阶段的主要目的是使泡沫炭收缩，但收缩时会产生热应力，如果热量过分集中泡沫炭会产生横断面和竖断面，通过慢速升温使产生的热量在慢速升温过程中释放出去，避免造成大量的不合格品。c)将所述第二中间体先以5～10℃/min的速率升温至600℃后，再以3～5℃/min的速率升温至1000℃，得到泡沫炭。泡沫炭取出后放入常压槽模，600℃以前升温快，是为了节能，选择此升温速率也是为了减少废品率。以3～5℃/min的速率在升温至1000℃，目的是去除挥发份，如果升温速率过快，挥发份析出快，泡沫炭会产生横断面，因此经过试验选择此升温速率。作为优选方案，所述高软化点沥青以固体或液体的形式进行反应。作为优选方案，步骤b)和步骤c)在不同模槽中进行。本专利技术也提供了一种泡沫炭在A级节能建筑保温材料中的用途。本专利技术还提供了一种泡沫炭在污水处理固菌载体中的用途。本专利技术的优点在于：1)通过控制发泡过程的升温速率及槽模壁厚，解决了温度场传热不均匀问题，在较低温度和压力下形成泡孔均匀、规整的泡沫炭结构；2)使泡沫炭基体在较高温度下进一步收缩，使其在常温下易于整体取出；3)取出的泡沫炭半成品在常压下，在不同温度段分别控制升温程序，得到合格的泡沫炭。附图说明图1为本专利技术制备的三维泡沫炭的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的保护范围不仅局限于实施例。实施例1：软化点为241.2℃沥青6KG，装料后约占槽模体积的1/3，密闭后，控制一定的升温程序，在470℃发泡，槽模内最高压力为0.7MPa。生成的泡沫炭基体通过调节窑车窑进程速度，慢速升温至600℃，降温至常压取出泡沫炭，然后放入另外的常压槽模，进入另外一条窑车窑，快速升温至600℃，然后通过调节窑车窑进程速度，慢速升温至900℃，得到孔结构均一，抗压强度为2.2MPa的泡沫炭。导热系数为0.07W/m.K，得到的泡沫炭燃烧性能如表1所示。表1:燃烧性能测试结果项目结果技术要求炉内平均温升△T(℃)21≤30试样质量损失(％)9.02≤50总的持续燃烧时间(s)0＝0总燃烧热值PCS，MJ/kg1.646≤2.0本实施例制备的泡沫炭的结构如图1所示，泡沫炭整体疏松多孔，孔隙之间还具有连通的通孔。实施例2：软化点为291.6℃沥青12KG，装料后约占槽模体积的2/3，密闭后，控制一定的升温程序，在550℃发泡，槽模内最高压力为1.2MPa。生成的泡沫炭基体通过调节窑车窑进程速度，慢速升温至600℃，降温至常压取出泡沫炭，然后放入另外的常压槽模，进入另外一条窑车窑，快速升温至600℃，然后通过调节窑车窑进程速度，慢速升温至900℃，得到孔径均一的泡沫炭，其中泡沫炭的平均孔径为300μm、压缩强度为3.8MPa。导热系数为0.06W/m.K，得到的泡沫炭燃烧性能如表2所示：表2:燃烧性能测试结果项目结果技术要求炉内平均温升△T(℃)19≤30试样质量损失(％)7.06≤50总的持续燃烧时间(s)0＝0总燃烧热值PCS，MJ/kg1.245≤2.0实施例3：软化点为271.5℃沥青10KG，装料后约占槽模体积的1/2～2/3，密闭后，控制一定的升温程序，在500℃发泡，槽模内最高压力为0.9MPa。生成的泡沫炭基体通过调节窑车窑进程速度，慢速升温至600℃，降温至常压取出泡沫炭，然后放入另外的常压槽模，进入另外一条窑车窑，快速升温至600℃，然后通过调节窑车窑进程速度慢速升温至900℃，得到孔径均一的泡沫炭，其中泡沫炭的平均孔径为450μm、压缩强度为3.1MPa。导热系数为0.04W/m.K，得到的泡沫炭燃烧性能如表3所示：表3:燃烧性能测试结果项目结果技术要求炉内平均温升△T(℃)16≤30试样质量损失(％)6.08≤50总的持续燃烧时间(s)0＝0总燃烧热值PCS，MJ/kg1.021≤2.0综上所述，仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用来限定本专利技术实施的范围，凡依本专利技术权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本专利技术的权利要求范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将软化点为200～300℃的高软化点沥青以4～6℃/min的速率升温至400～500℃，加热后得到第一中间体；b)将所述第一中间体趁热以2～3℃/min的速率升温至600℃，加热后得到第二中间体；c)将所述第二中间体先以5～10℃/min的速率升温至600℃后，再以3～5℃/min的速率升温至1000℃，得到泡沫炭。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将软化点为200～300℃的高软化点沥青以4～6℃/min的速率升温至400～500℃，加热后得到第一中间体；b)将所述第一中间体趁热以2～3℃/min的速率升温至600℃，加热后得到第二中间体；c)将所述第二中间体先以5～10℃/min的速率升温至600℃后，再以3～5℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春法，张秀云，陈晓峰，李乃民，刘正华，
申请(专利权)人：上海宝钢化工有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31