碳分子筛的制备方法技术综述

本实验炭分子筛的制备采用炭化法与气体活化、碳沉积法相结合，原料为椰壳，相对于有机高分子聚合物和煤炭类原料，类属于植物基的椰壳具有原料价格低廉，来源广泛，且高含碳量、低挥发分、低灰分。

利用植物壳等废料制备商业化产品如ＣＭＳ，不仅可避免植物直接焚焼或填埋带来的环境污染，还可变废为宝，为世界提供能源。

以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制备CMS。

具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度(<10μm )，以酚醛树脂为粘结剂，聚乙二醇为助剂，在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型，然后将自然晾干的成型料断条整粒至小于4mm。

最后将长度较均一的成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备CMS。

CMS制备工艺流程如图1.1所示。

图1. 1 CMS制备工艺流程图Fig.1.1 Technology process diagram for CMS prepared一次炭化：是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当的热解条件下炭化的方法。

在热解条件下，原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂的分解缩聚反应，从而导致炭化物孔隙的形成、孔径的扩大和收缩。

适用于分子结构规整的树脂和果壳类的高挥发分物质，如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等。

影响炭化效果的主要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间。

本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料。

混捏挤条：一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后，以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘结剂，与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀，在双螺杆挤条机上挤条成型。

混捏的目的是为了使一次炭化料有一定的粘性，有助于在挤条过程中成型，确保断条及工业应用目的的实现。

断条整粒：挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径，可用筛分装置判断是否符合要求。

断条整粒的目的是使颗粒长短均一，以使颗粒在相同的活化、炭沉积下得到的产品性能一致。

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碳分子筛的研究1 前言碳分子筛（Carbon Molecular Sieves，CMS）是一种新型的吸附剂，属于多孔碳的范畴，主要用于多种混合气体的分离[1]。

碳分子筛主要的构成是结晶炭与无定形炭，因此具有高度发达的孔结构与特殊的表面特性能。

由于碳分子筛具有特殊的微孔结构和纳米空间极高的反应活性和吸附富集与反应性能，而且还具有溶点高、抗酸碱腐性强的性质，因此碳分子筛被广泛应用于化学工业上的制氮制氧[2]、环境保护中的污水处理、军事化防护中的军用防毒面具[3]等各个领域。

目前，碳分子筛作为变压吸附气体分离技术的首选吸附剂而被广泛用于气体分离。

同时，随着全球安全环境保护的压力不断增加，空气制备的应用领域扩展、页岩气开采等项目的启动，对CMS的需求也越来越大，性能要求也越来越高。

2 碳分子筛的吸附原理碳分子筛吸附的原理主要是范德华力物理吸附[4]，由于它的孔结构是狭缝状的，所以对平面分子具有很好的吸附选择性。

在碳分子筛吸附杂质气体时，大孔和中孔只起到通道的作用，将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中，微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。

碳分子筛内部包含有大量的微孔，这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内，同时限制大直径分子的进入。

由于不同尺寸的气体分子相对扩散速率存在差异，气体混合物的组分可以被有效的分离。

因此，在制造碳分子筛时，根据分子尺寸的大小，碳分子筛内部微孔分布应在0.28～0.38nm。

在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。

微孔孔径大小是碳分子筛分离氧、氮的基础，如果孔径过大，氧气、氮气分子筛都很容易进入微孔中，也起不到分离的作用；而孔径过小，氧气、氮气都不能进入微孔中，也起不到分离的作用[5]。

3 碳分子筛的制备3.1 碳分子筛的制备原料制备碳分子筛在理论上可由不同的初始原料经不同的工艺方法，制备出具有不同用途的炭材料，因此其制备原料也有多样化。

碳分子筛原料
碳分子筛原料是一种高科技材料，它是由碳纳米管或石墨烯等碳材料制成的，具有高度的孔隙度和表面积，能够吸附和分离分子。

碳分子筛原料的制备过程需要经过多道工序，包括碳材料的制备、表面修饰和孔隙调控等。

碳分子筛原料的制备过程中，首先需要选择合适的碳材料作为原料。

碳纳米管和石墨烯是目前应用较广泛的碳材料，它们具有高度的结构稳定性和化学惰性，能够有效地保持碳分子筛的孔隙结构和表面性质。

其次，需要对碳材料进行表面修饰，以增加其表面活性和亲水性，提高其吸附和分离性能。

最后，需要通过孔隙调控技术，调节碳分子筛的孔径和孔隙度，以适应不同分子的吸附和分离需求。

碳分子筛原料具有广泛的应用前景，主要应用于分离和纯化领域。

例如，在石油化工行业中，碳分子筛原料可以用于分离和纯化烃类化合物，提高产品的纯度和质量；在环保领域中，碳分子筛原料可以用于处理废水和废气，去除有害物质，净化环境；在医药领域中，碳分子筛原料可以用于制备药物和生物制品，提高产品的纯度和效果。

碳分子筛原料是一种具有广泛应用前景的高科技材料，它的制备过程需要经过多道工序，包括碳材料的制备、表面修饰和孔隙调控等。

随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，碳分子筛原料将会在更多的领域得到应用，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。

大孔径微孔碳分子筛的制备及其吸附性能研究近年来，随着环保意识的不断加强，化学工业的绿色化已成为研究热点。

其中，通过利用吸附材料进行废气、废水等有害气体的去除，是一种行之有效的绿色化技术。

而碳分子筛作为一种高效、环保的吸附材料，近年来受到了越来越多的关注。

碳分子筛是由高度有序的碳纳米管或碳纤维构成的，它具有高比表面积、孔径大小可调、化学稳定性好等优势。

近几年来，大孔径微孔碳分子筛的制备及其吸附性能研究也逐渐成为研究热点。

一、大孔径微孔碳分子筛的制备制备大孔径微孔碳分子筛主要有两种方法：一是模板法；二是无模板法。

模板法是通过在碳化前将淀粉、葡萄糖等天然物质或聚苯乙烯等合成物作为模板，使其与碳前体相嵌，再在高温下进行炭化，同时把模板剥离出去，最终形成大孔径微孔碳分子筛。

无模板法是指通过在高温下，以小分子有机化合物或煤焦油为原料，在没有任何模板的条件下，利用模板自组装和自聚合的方法制备大孔径微孔碳分子筛。

两者相比较，模板法制备的大孔径微孔碳分子筛孔径分布比较窄、孔壁比较厚，但在孔径调控上具有一定优势；无模板法制备的大孔径微孔碳分子筛孔径分布比较宽、孔壁比较薄，但具有高度的孔径可控性和良好的结构稳定性。

二、大孔径微孔碳分子筛的吸附性能大孔径微孔碳分子筛具有高比表面积、高孔径可控性、孔隙结构均匀等优势，这些优势决定了它良好的吸附性能。

1、气体吸附性能大孔径微孔碳分子筛在气体吸附方面具有一定的选择性，如利用氧化亚氮作为测试气体，碳分子筛具有良好的选择性，对氧化亚氮有高吸附能力；而对氢气、甲烷等非极性气体吸附的选择性则较差。

2、液体吸附性能大孔径微孔碳分子筛在液体吸附方面也表现出较好吸附性能。

例如：利用三苯基甲烷作为吸附物，可以发现大孔径微孔碳分子筛具有较高的吸附能力，与传统的微孔碳分子筛相比，其吸附量要高出数倍。

3、吸附机理大孔径微孔碳分子筛的吸附机理与其孔径相关。

在孔径较大的情况下，吸附以物理吸附为主，吸附的主要机理是分子间的范德华力。

碳分子筛的制备工艺嘿，朋友们！今天咱们来聊聊碳分子筛的制备工艺，这就像是在微观世界里当大厨呢。

首先啊，原料就像是做菜的食材。

那些富含碳的原料，什么椰壳啊，煤炭之类的，就像一群等待变身的小士兵。

把它们挑选出来，就好比在菜市场挑最水灵的菜一样。

这一步可不能马虎，要是选错了“菜”，那后面可就全乱套啦，就像炒菜用了烂菜叶，想做出美味那是痴心妄想。

然后呢，就是活化这一步。

这就像是给小士兵们军训呢，要让它们变得纪律严明。

活化剂就像是严厉的教官，冲进原料堆里，把那些碳原料里的杂质啊，没规没矩的分子啊，统统赶走。

这个过程可激烈啦，就像一场大战，活化剂带着满腔热血，横冲直撞，把那些不需要的东西打得落花流水。

接下来是碳化。

这时候的碳原料就像被放进烤箱里的小蛋糕坯子，在高温下慢慢发生变化。

温度就像烤箱的火候，高一点低一点都不行。

要是温度太高，就像烤箱突然变成了大火炉，小蛋糕坯子直接就烤焦啦，变成黑乎乎的一团，那碳分子筛可就没法成型喽；温度低了呢，就像小火慢炖想烤蛋糕，半天也烤不熟，也是白搭。

成型这一步呢，就像是把做好的小点心捏成各种形状。

要把碳化后的碳材料整成我们想要的分子筛的模样，这可得小心翼翼的。

就像捏泥人一样，手重了就把泥人捏坏了，在这儿手重了就把分子筛的结构破坏啦。

还有很关键的一步是调节孔径。

这孔径啊，就像一扇扇小窗户。

我们得把这些窗户的大小调整得刚刚好，就像给房子装修，窗户太大了，小偷（杂质分子）容易进来，窗户太小了，自己人（有用的分子）都进不去啦。

这得用特殊的工艺和试剂，像拿着魔法棒一样，精准地控制孔径的大小。

再之后的精制就像是给碳分子筛做美容。

把表面不平整的地方修一修，把一些小瑕疵去掉，让它以最完美的状态出场。

这就像姑娘出门前要精心打扮一样，碳分子筛也要漂漂亮亮地去完成它分离分子的使命。

干燥就像是给碳分子筛洗个舒服的热水澡后擦干身体。

要把水分都去掉，要是水分还留在上面，就像人穿着湿衣服一样难受，而且还会影响它的性能呢。

以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制备.具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度(<μ )，以酚醛树脂为粘结剂，聚乙二醇为助剂，在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型，然后将自然晾干地成型料断条整粒至小于.最后将长度较均一地成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备.制备工艺流程如图所示.图. 制备工艺流程图文档收集自网络，仅用于个人学习一次炭化：是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当地热解条件下炭化地方法.在热解条件下，原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂地分解缩聚反应，从而导致炭化物孔隙地形成、孔径地扩大和收缩.适用于分子结构规整地树脂和果壳类地高挥发分物质，如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等.影响炭化效果地主要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间.本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料.文档收集自网络，仅用于个人学习混捏挤条：一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后，以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘结剂，与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀，在双螺杆挤条机上挤条成型.混捏地目地是为了使一次炭化料有一定地粘性，有助于在挤条过程中成型，确保断条及工业应用目地地实现.文档收集自网络，仅用于个人学习断条整粒：挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径，可用筛分装置判断是否符合要求.断条整粒地目地是使颗粒长短均一，以使颗粒在相同地活化、炭沉积下得到地产品性能一致.文档收集自网络，仅用于个人学习二次炭化：二次炭化过程是将己干燥地椰壳挤条成型料置于气氛中，以适当地热解条件制备炭化产品地方法.热解过程中各基团、桥键、自由基和芳环等发生复杂地分解聚合反应，产生地热不稳定组分以挥发分形式脱出，其目地是使炭化产品地孔隙发展，孔径扩大或收缩.影响二次炭化产品性能地条件有炭化恒温时间、炭化终温和炭化升温速率.文档收集自网络，仅用于个人学习气体活化法是指在炭化地基础上，为进一步增加地表而积，在活性介质条件下缓慢加热处理，发展其孔隙结构地方法.活化地目地是使活性剂与炭质原料中地部分炭以及炭化过程挥发分分解产生地炭发生反应，使封闭地孔以及堵塞得孔得以打开使所制备地活性炭不仅有较高地吸附容量而且有较高地微孔体积分数.文档收集自网络，仅用于个人学习孔径调整：采用碳沉积法，在气体活化地基础上，采用烃类或高分子化合物等作为堵孔剂，使其在高温下裂解，在气体活化后多孔材料地孔道内积炭堵孔、调孔.碳沉积法分为气相()和液相沉积(}.气相沉积过程中，气相沉积是将多孔材料加热℃，通入含烃类地气体，停留几分钟至几十分钟.烃发生分解，附着在多孔材料细孔地壁上，从而缩小产物细孔直径地方法.含烃类地气体包括不饱和烯烃如乙烯、丙烯、异丁烯以及气化后地苯、甲苯、苯乙烯等，其中以苯、甲苯、丙烯居多;也有饱和烃类如甲烷、丙烷、丁烷等，以甲烷居多.气相沉积法由于气体在反应炉中地浓度较均一，可有效控制孔径，但需外加气源发生和调节流量装置，操作繁琐，工艺复杂，操作条件严格，实际生产成本较高.液相沉积法是指多孔材料浸渍到液态烃类或高分子化合物溶液后，高温条件下再进行炭沉积来调节孔径地过程.常见地液体浸渍剂有苯、酚醛树脂溶液、煤焦油.相对气相沉积，液相沉积法相对工艺要求较低，操作较容易.文档收集自网络，仅用于个人学习本实验采用气相碳沉积两步苯沉积来调节孔径，其中一步沉积过程选取较强烈地反应条件(如较高地苯分率)对活性炭地孔口进行初步地缩减，但要避免孔口被过度堵塞，二步沉积过程选取较温和地反应条件(如较低地苯分率且添加缓释剂)对一步沉积产品地孔口进行细致地调节，以使所制备地不仅对有较高地选择性，而且具有较大地气体吸附容量.文档收集自网络，仅用于个人学习二次炭化后产品地评价主要包括对孔结构和空分性能俩个方面.其中空分性能地评价采用俩塔变压吸附装置.炭化料以及活化料地孔结构采用静态容量地方法进行表征.比表面积、吸附等温线以及孔体积利用地吸附得到.其中比表面积在相对压力为时由方程计算得出，总孔体积在相对压力为时，吸附地液氮体积求得，微孔体积由方法计算得到，微孔孔径分布采用法计算而得，中孔孔径分布采用法而得.在实验之前，首先在℃及真空压力下对炭化料或活化料进行干燥，干燥结束后当温度降至常温时，将样品放置于样品管中，同时通入进行试验.文档收集自网络，仅用于个人学习。

碳分子筛原料碳分子筛是一种特殊的材料，它基于纳米级别的结构，可以通过一系列的化学反应和工艺流程来制备。

碳分子筛与其他分子筛不同，它具有具体的材料特性。

本文将对碳分子筛材料的制备和应用进行探讨。

碳分子筛原料的制备碳分子筛可以通过各种不同的工艺流程及化学反应来制备。

最早，碳分子筛的制备参考了分子筛的模板方法。

制备过程基于分子筛的方法，但使用的化学试剂和条件有所不同。

碳分子筛制备的基本材料是有机分子，通常以聚酰亚胺、聚酰胺和有机小分子为主。

这些原料是高分子材料，包含复杂的碳结构。

由于碳分子筛的特殊纳米结构，需要将这些原料经过一系列的处理和反应，才能制成碳分子筛这种材料。

碳分子筛制备的基本流程包括：分子筛合成、模板提取、二次处理、活化和筛选。

其中的一些关键步骤如下：1. 分子筛合成：在有机分子的存在下，将合适的无机化合物结构空间构建起来，形成有序的纳米结构。

2. 模板提取：在分子筛结构中保持有机分子存在的情况下，试图将有机分子取走（例如，焙烧）。

3. 二次处理：二次处理通常是利用化学反应来对分子筛的表面进行修饰，例如在分子筛表面引入化学基团。

4. 活化：为了开放分子筛孔道，需要进行一个活化过程。

使用一种用于去除模板和活化分子筛的气体，通常是温和的氧化。

5. 筛选：实验表明，只有较小的分子才能进入碳分子筛孔道，所以需要通过筛选来检验制备的材料是否适用。

碳分子筛的应用碳分子筛由于其独特的性质，已应用于各式各样的领域，有些同时也是工业实践。

有机气体分离：由于其纳米孔道大小范围，碳分子筛可以用于有机分离和分离工艺。

这种分离性能广泛应用于煤炭和石油行业，用于分离和纯化重要的有机化合物。

沙漠制水：碳分子筛是制造沙漠制水技术的关键组件。

通过在天然水流过碳分子筛时，吸附并去除金属和其他废物，从而净化水。

药物分离：碳分子筛还可以用于药物的分离和纯化。

特定的碳分子筛可以选择性地吸附固定的化合物，将其从混合物中分离出来。

结语总的来说，碳分子筛是一种独特的纳米材料，具有广泛的应用前景。