一種高純碳的制備方法及其用圖
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高純碳生產技術領域，具體涉及一種高純碳的制備方法及其用途。
【背景技術】
[0002] 碳在自然界中有很多存在形式，碳化合物是非常豐富的化學物質，碳是生命元素。 其單質也有很多形態如無定型、層狀結構(片狀、球狀、管狀）、四面體形結構等。自然界中天 然存在的碳以石墨和金剛石為主，天然石墨雜質往往較高，而金剛石是一種高純碳，因此金 剛石在光學、電子及機械加工等學科得以廣泛應用。幾乎所有的有機物都是以碳為主鏈形 成的有機分子，所以炭的人工制造相對簡單，對有機物進行不充分燃燒即可得到炭，但是這 樣形成的炭會有很多雜質，如金屬、金屬氧化物、硅氧化合物以及鈣氧物等灰分。含雜質的 炭在實際應用過程中受到很多限制，而金剛石作為一種天然資源也是有限的，而且它在如 醫學、電學以及光學等領域的應用認知還很有限。所以制備高純碳可以為我們在現有認知 條件下對電學、光學、熱學以及生命科學等起到推動作用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是解決上述問題，提供一種高純碳制備方法及其用途，該制備方法 操作簡單，所制得的高純碳的碳含量高且電阻率小。
[0004]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種高純碳的制備方法，將碳質材料 置于真空或惰性氣氛中，同時在800~3500°C、0.01~IMPa條件下，保溫2~8小時，即制得碳 含量可達99.99%的高純碳。
[0005]上述技術方案中，所述碳質材料為活性炭、炭黑、石墨、碳氣凝膠、微晶碳以及金剛 石中至少一種。
[0006]上述技術方案中，所述活性炭包括椰殼炭、竹炭、焦炭和瀝青炭。
[0007] 上述技術方案中，所述炭黑包括氣黑、燈黑、乙炔黑、槽黑和爐黑。
[0008]上述技術方案中，所述石墨包括天然石墨和人造石墨。
[0009] 上述技術方案中，所制得高純碳的碳含量為99%~99.99%。
[0010]上述技術方案中，所制得高純碳的電阻率為6X 10-6~11 X 10-5。
[0011]常見的物質熔點(沸點）一般是在2000°C以下，只有極少數物質的沸點在3000°C以 上，如鎢及其合金材料。而碳原子的沸點遠遠超過3000°C。因此通過高溫使碳質材料中的其 他物質氣化或氣化分解，通過氣體抽吸的方法將氣化的物質帶走，只留下碳，即制得高純 碳。值得說明的是，在本發明中，反應溫度是800~3500°C，因碳質材料不同，其所含雜質不 同，因此其中800°C為使碳質材料中沸點最低的雜質氣化的最低溫度，優選反應溫度為2000 ~3500°C。在本發明中，保溫時間2~8小時，其中2小時是碳質材料中雜質含量趨于平緩的 最短時間，優選保溫時間為2~4小時。進一步的，真空或惰性氣氛是為了提供無氧環境，其 中，惰性氣氛可以是氮氣氣氛或氬氣氣氛。
[0012]需要說明的是，在本發明中，對活性炭、炭黑、石墨、碳氣凝膠、微晶碳以及金剛石， 均無特殊要求，可通過市場購買獲得。
[0013]上述技術方案中，所制得的高純碳用于為電子、光學或醫藥行業產品開發及應用 提供高純碳基礎材料。
[0014]本發明的有益效果是：本發明提供的高純碳的制備方法，通過控制溫度、壓力范 圍，利用高溫使碳質材料中的雜質氣化或氣化分解，快速高效去除碳質材料所含雜質，工藝 簡單，操作便捷，不需要復雜的化學反應即可制得純度高達99.99%的高純碳，具有廣闊的 應用前景，值得在業內推廣。本發明提供的制備方法所制備的高純碳純度高，具有良好電學 和生物學性能，尤其適用于為電子、光學或醫藥行業產品開發及應用提供高純碳基礎材料。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明實施例4中微晶碳為碳質材料所獲高純碳的能譜分析圖，其中圖A是 高碳樣品圖，圖B是高純碳電子能譜圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明：
[0017]以下將以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料，分別在不同工藝條件 下制取高純碳，乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨未經本發明提供的制備方法處理時各 性能參數，如表1所示：
[0018]表1:碳質原材料性能參數
[0019]
[0020] 實施例1
[0021]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料，在氮氣氛圍中，于800°C、IMPa條件下，保溫2小時，制得高純碳。
[0022] 實施例2
[0023]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料，在氬氣氛圍中，于2000°C、IMPa條件下，保溫4小時，制得高純碳。
[0024]實施例3
[0025]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料，在氮氣氛圍中，于3000°C、IMPa條件下，保溫4小時，制得高純碳。
[0026]實施例4
[0027]以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料，在真空中，于3500°C、0.0 IMPa 條件下，保溫4小時，制得高純碳。
[0028] 對實施例1~4中，以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料分別制得的 高純碳進行元素分析，結果如表2所示：
[0029] 表2:實施例1~4獲得的高純碳元素分析結果
[0030]
[0031] 對實施例4中，以乙炔黑、微晶碳、天然石墨、人造石墨為碳質材料分別制得的高純 碳進行元素分析以及電學、生物學測試，結果如表3所示：
[0032] 表3:實施例4獲得的高純碳元素分析以及電學、生物學測試結果
[0033]
[0034] 如圖1所示，實施例4微晶碳為碳質材料所獲高純碳的能譜圖，能譜分析結果如表4 所示：
[0035] 表4:實施例4微晶碳為碳質材料所獲高純碳能譜分析結果
[0036]
[0037]
[0038] 由表1~4對比分析可知，利用本發明提供的制備方法制備高純碳，碳質材料的碳 含量均有大幅度提升，最終可獲得幾乎全碳材料。從制備高純碳的角度而言，原始碳質材料 的碳含量越高，雜質越少，因此，優選微晶碳作為制備高純碳的碳質材料，上述乙炔黑、天然 石墨、人造石墨為普通市售產品，微晶碳購自巴中市永潤農業科技有限公司。
[0039] 綜上所述，相比于現有技術中高純碳的制備幾乎均依賴于化學除雜，不僅工藝復 雜，且處理不當易造成環境污染，本發明提供的高純碳的制備方法，通過控制溫度、壓力范 圍，利用高溫使碳質材料中的雜質氣化或氣化分解，快速高效去除碳質材料所含雜質，工藝 簡單，操作便捷，不需要復雜的化學反應即可制得純度高達99.99%的高純碳，具有廣闊的 應用前景，值得在業內推廣。本發明提供的制備方法所制備的高純碳純度高，具有良好電學 和生物學性能，尤其適用于為電子、光學或醫藥行業產品開發及應用提供高純碳基礎材料。
[0040]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發 明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的 普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各 種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種高純碳的制備方法，其特征在于：將碳質材料置于真空或惰性氣氛中，同時在 800~3500°C、0.01~IMPa條件下，保溫2~8小時，即制得碳含量可達99.99 %的高純碳。2. 根據權利要求1所述的高純碳的制備方法，其特征在于:所述碳質材料為活性炭、炭 黑、石墨、碳氣凝膠、微晶碳以及金剛石中的至少一種。3. 根據權利要求2所述的高純碳的制備方法，其特征在于:所述活性炭包括椰殼炭、竹 炭、焦炭和瀝青炭。4. 根據權利要求2所述的高純碳的制備方法，其特征在于:所述炭黑包括氣黑、燈黑、乙 炔黑、槽黑和爐黑。5. 根據權利要求2所述的高純碳的制備方法，其特征在于:所述石墨包括天然石墨和人 造石墨。6. 根據權利要求1~5任一所述的高純碳的制備方法，其特征在于:所制得高純碳的碳 含量為99%~99.99%。7. 根據權利要求1~5任一所述的高純碳的制備方法，其特征在于:所制得高純碳的電 阻率為 6X10-6~11X10-5。8. -種根據權利要求1~7任一所述高純碳的制備方法所制備的高純碳的用途，其特征 在于:所述高純碳用于為電子、光學或醫藥行業產品開發及應用提供高純碳基礎材料。
【專利摘要】本發明公開了一種高純碳的制備方法及其用途，將碳質材料置于真空、氮氣或氬氣氣氛中，同時在800～3500℃、0.01～1MPa條件下，保溫2～8小時，即制得碳含量可達99.99％的高純碳。所制得的高純碳用于為電子、光學或醫藥行業產品開發及應用提供高純碳基礎材料。本發明提供的高純碳的制備方法，通過控制溫度、壓力范圍，利用高溫使碳質材料中的雜質氣化或氣化分解，快速高效去除碳質材料所含雜質，工藝簡單，操作便捷，不需要復雜的化學反應即可制得高純碳，具有廣闊的應用前景，值得在業內推廣。所制得高純碳純度高，具有良好電學和生物學性能，尤其適用于為電子、光學或醫藥行業產品開發及應用提供高純碳基礎材料。
【IPC分類】C01B31/02
【公開號】CN105439120
【申請號】CN201510920643
【發明人】陳國
【申請人】四川百草通科新材料科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月11日