本申請要求2014年5月13日提交的美國臨時專利申請No.61/992,592的權(quán)益,本文中通過參考將其引入。
背景技術(shù):
技術(shù)領(lǐng)域
所描述的實施方案一般地涉及活性炭產(chǎn)品及其制造與使用方法。更特別地,所描述的實施方案涉及含碳的濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活性炭產(chǎn)品,和它們的制造方法。
相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的說明
含碳的濕凝膠和由其制造的干凝膠,例如碳的氣凝膠,干凝膠和低溫凝膠(cryogels)已用于各種產(chǎn)品,以改進(jìn)各種性能,其中包括,但不限于熱絕緣值,導(dǎo)電率和儲能。制造濕凝膠和由其得到的干凝膠可使用的一種特定的組合物可包括例如甲苯二酚和甲醛(“單體組分”或“溶膠”,它是顆粒在液體中的溶液或者膠態(tài)分散體)以供生產(chǎn)可進(jìn)一步加工成大的整塊聚合物凝膠或“溶膠-凝膠”的前體溶液。
對于許多應(yīng)用來說,干燥的整塊聚合物凝膠(例如,氣凝膠)具有直徑介于約2nm至50nm(中孔)或更大的孔。然而,整塊的聚合物凝膠轉(zhuǎn)化成氣凝膠困難且昂貴。例如,超臨界干燥(制造氣凝膠典型地使用的干燥方法)要求專門的設(shè)備且是耗時的工藝。
因此,需要改進(jìn)的活性炭產(chǎn)品和顆粒及其制造方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
提供活性炭產(chǎn)品及其制造方法。在至少一個實例中,活性炭產(chǎn)品可以是比表面積至少3,050m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約3cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。在一些實例中,比表面積可以是約3,200m2/g至約5,000m2/g,和孔體積可以是約4cm3/g至約8cm3/g。在其他實例中,孔體積可以是約5.01cm3/g至約8cm3/g,和比表面積可以大于3,200m2/g至約5,000m2/g。在其他實例中,平均孔度可以是約2nm至約10nm。在其他實例中,活性炭產(chǎn)品可具有至少99wt%的碳。
在至少一個實例中,制造活性炭產(chǎn)品的方法可包括使羥基苯化合物與醛化合物在溶劑存在下反應(yīng),生產(chǎn)預(yù)聚物。可結(jié)合該預(yù)聚物和添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物。該添加劑可包括羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物。預(yù)聚物和添加劑可反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。該濕凝膠產(chǎn)品可在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥,生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。干凝膠產(chǎn)品可被熱解,生產(chǎn)熱解產(chǎn)品。熱解產(chǎn)品可以被活化,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。該活性炭產(chǎn)品可具有至少一種下述性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
在另一實例中,制造活性炭產(chǎn)品的方法可包括使羥基苯化合物與甲醛在溶劑存在下反應(yīng),生產(chǎn)預(yù)聚物。羥基苯化合物可包括苯酚,間苯二酚,或者苯酚和甲苯二酚的混合物。羥基苯化合物的存在量可以是約50wt%至約90wt%,和甲醛的存在量可以是約10wt%至約50wt%,基于羥基苯化合物和甲醛的結(jié)合重量。可結(jié)合預(yù)聚物,羧酸和酸酐,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物。濕凝膠反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約80wt%的預(yù)聚物,至多約85wt%的羧酸,和至多約20wt%的酸酐,基于羥基苯化合物,甲醛,羧酸和酸酐的結(jié)合重量??墒诡A(yù)聚物,羧酸和酸酐反應(yīng),生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。該濕凝膠產(chǎn)品可被干燥,生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。該干凝膠產(chǎn)品可被熱解,生產(chǎn)熱解產(chǎn)品。該熱解產(chǎn)品可以被活化,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。該活性炭產(chǎn)品可具有至少一種下述性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
附圖說明
圖1是對于來自實驗實施例79和82的超級電容恒電流(ultracap galvanostatic)試驗的序列3至8來說,恒電流試驗結(jié)果的圖示且用電流-時間畫圖。
圖2是對于來自實驗實施例79和82的2.7V和3V循環(huán)伏安法試驗來說,實驗電壓-時間的圖示。
圖3是根據(jù)來自實驗實施例79和82的超級電容器設(shè)定曲線(setting profile)ΔV0,充電和放電循環(huán)的圖示。
具體實施方式
本文中所使用的術(shù)語“活性炭產(chǎn)品”是指活性炭,活化顆粒,活性炭顆粒,活性炭產(chǎn)品,活性炭材料,或含碳材料,且可具有各種形式,例如薄膜,整塊,顆粒,粉末,薄片,棒材,無孔,多孔,和納米孔等。
在一個或多個實施方案中,活性炭產(chǎn)品的制造方法可包括結(jié)合一種或多種羥基苯化合物,一種或多種醛化合物,和一種或多種溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物,使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),生產(chǎn)苯酚-甲醛預(yù)聚物,并結(jié)合苯酚-甲醛預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物。添加劑可包括一種或多種羧酸,一種或多種醛,一種或多種均聚物,一種或多種共聚物,或其任何混合物。該方法可進(jìn)一步包括使苯酚-甲醛預(yù)聚物和至少一種添加劑反應(yīng),生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品,和在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥該濕凝膠產(chǎn)品,生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。該方法也可包括熱解干凝膠產(chǎn)品,生產(chǎn)熱解產(chǎn)品,和活化該熱解產(chǎn)品,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
活性炭產(chǎn)品可具有一種或多種下述性能,例如比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。在一些實例中,活性炭產(chǎn)品可以是比表面積為約500m2/g至約5,000m2/g。在其他實例中,活性炭產(chǎn)品可以是孔體積為約0.5cm3/g至約8cm3/g或大于1cm3/g至約6cm3/g。在其他實例中,活性炭產(chǎn)品可以是比表面積為至少3,050m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約3cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。在一些實例中,比表面積可以是約3,200m2/g至約5,000m2/g,和孔體積可以是約4cm3/g至約8cm3/g。在其他實例中,孔體積可以是約5.01cm3/g至約8cm3/g和比表面積可以大于3,200m2/g至約5,000m2/g。在其他實例中,平均孔度可以是約2nm至約10nm。在一些實例中,活性炭產(chǎn)品可具有至少99wt%,至少99.2wt%,至少99.4wt%,至少99.5wt%,至少99.6wt%,至少99.7wt%,至少99.8wt%,至少99.9wt%,至少99.95wt%,或至少99.99wt%的碳含量。
在一個或多個實施方案中,活性炭產(chǎn)品的制造方法可包括結(jié)合溶劑,羥基苯化合物,醛化合物和添加劑(所述添加劑可包括一種或多種羧酸,一種或多種醛,一種或多種均聚物,一種或多種共聚物,或其任何混合物),生產(chǎn)反應(yīng)混合物,和至少使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),生產(chǎn)濕凝膠。該方法可進(jìn)一步包括在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥濕凝膠產(chǎn)品,生產(chǎn)干凝膠,熱解干凝膠,生產(chǎn)熱解產(chǎn)品,和活化該熱解產(chǎn)品,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
在一個實施方案中,活性炭產(chǎn)品的制造方法可包括結(jié)合一種或多種羥基苯化合物,一種或多種醛化合物,和一種或多種溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物,并使羥基苯化合物與醛化合物反應(yīng),生產(chǎn)苯酚-甲醛預(yù)聚物。該方法可進(jìn)一步包括至少結(jié)合苯酚-甲醛預(yù)聚物,羧酸,和醛,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,和使苯酚-甲醛預(yù)聚物,羧酸,和醛反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。該方法也可包括干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品,熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品,和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
在一個或多個實施方案中,該方法可進(jìn)一步包括結(jié)合一種或多種活化試劑與濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠產(chǎn)品,或熱解產(chǎn)品??苫罨噭┡c熱解產(chǎn)品反應(yīng),生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。在一個實施方案中,該方法可包括活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品?;罨砂ㄔ诤兄辽僖环N或多種活化試劑的氛圍內(nèi),加熱熱解產(chǎn)品到約500℃至約1500℃的溫度。該活化試劑可包括二氧化碳,蒸汽,氧氣,臭氧或其混合物。在一些實例中,可在含二氧化碳的氛圍內(nèi)經(jīng)約0.5hr至約48hr加熱熱解產(chǎn)品到約700℃至約1200℃的溫度。含有活化試劑的氛圍可維持在約50kPa至約200kPa的壓力下。例如,含有活化試劑的氛圍可以在熱解產(chǎn)品上產(chǎn)生等于或低于大氣壓的壓力。
在一個或多個實施方案中,活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品也可包括結(jié)合熱解產(chǎn)品與至少一種活化試劑,生產(chǎn)活化混合物,干燥該活化混合物,生產(chǎn)干燥的活化混合物,和在至少含有一種或多種惰性氣體的氛圍內(nèi),加熱該干燥的活化混合物到約500℃至約1500℃的溫度,生產(chǎn)活性炭混合物。在一個實例中,在熱解產(chǎn)品活化以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品的過程中,該方法也可包括用酸性溶液處理活性炭混合物,生產(chǎn)處理過的活性炭混合物,漂洗處理過的活性炭混合物,和干燥處理過的活性炭混合物,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。示意性的活化試劑可包括一種或多種氫氧化物,一種或多種碳酸鹽,一種或多種金屬鹵化物,一種或多種含磷的酸,一種或多種含硫的酸,它們的鹽,或其任何混合物。在一些實例中,活化試劑可包括堿金屬氫氧化物,堿土金屬氫氧化物,堿金屬碳酸鹽,堿土金屬碳酸鹽,碳酸,硫酸,磷酸,堿金屬磷酸鹽,堿土金屬磷酸鹽,磷酸,堿金屬亞磷酸鹽,堿土金屬亞磷酸鹽,次磷酸,堿金屬次磷酸鹽,堿土金屬次磷酸鹽,鹵化鈣,鹵化鋅,它們的鹽,它們的酸,或其任何混合物。在一些具體實例中,活化試劑可包括磷酸,碳酸鉀,氫氧化鉀,氯化鈣,氯化鋅,它們的鹽,它們的酸,或其任何混合物。在一些實施方案中,熱解(碳)產(chǎn)品和活化(化學(xué))試劑的結(jié)合物或混合物可具有約1比約1(約1:1)或約1比約2(約1:2)的熱解碳產(chǎn)品對活化試劑的重量比(例如,熱解(碳)產(chǎn)品對活化(化學(xué))試劑的重量比)。
至少一種添加劑可包括一種或多種羧酸,一種或多種酸酐,一種或多種均聚物,一種或多種共聚物,或其任何混合物。在一個實例中,至少一種添加劑可包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐。在另一實例中,一種或多種羧酸可以是乙酸和檸檬酸,和一種或多種酸酐可以是馬來酸酐。在另一實例中,至少一種添加劑可包括一種或多種均聚物或一種或多種共聚物。在另一實例中,一種或多種均聚物或一種或多種共聚物獨立地可包括聚(乙二醇),聚(丙二醇),或其任何混合物。在另一實例中,至少一種添加劑可包括聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)嵌段聚合物。在另一實例中,至少一種添加劑可包括乙酸,檸檬酸,和馬來酸酐。在另一實例中,至少一種添加劑可包括乙酸,檸檬酸,馬來酸酐,和聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)嵌段聚合物。
在一個或多個實施方案中,預(yù)聚物反應(yīng)混合物可包括約50wt%至約90wt%的羥基苯化合物,和約10wt%至約50wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物和醛化合物的結(jié)合重量。在一些實施方案中,濕凝膠反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約80wt%的苯酚-甲醛預(yù)聚物,最多約85wt%的羧酸,最多約20wt%的酸酐混合物,最多約30wt%的均聚物,和最多約30wt%的共聚物,其中該濕凝膠反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約90wt%的添加劑,和其中所有重量百分比值以羥基苯化合物,醛化合物和一種或多種添加劑的結(jié)合重量為基礎(chǔ)。
在一個或多個實施方案中,該方法可進(jìn)一步包括熱解干凝膠產(chǎn)品,生產(chǎn)熱解產(chǎn)品也可包括在至少含有一種或多種惰性氣體的氛圍內(nèi),加熱干凝膠產(chǎn)品到約500℃至1400℃的溫度。在干燥以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品的過程中,在濕凝膠產(chǎn)品上維持的壓力可以是等于或低于大氣壓。在一些實例中,干凝膠產(chǎn)品可具有一種或多種下述性能,例如比表面積為約50m2/g至約5,000m2/g,孔體積為約0.1cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.2nm至約150nm。
在一個或多個實施方案中,熱解碳產(chǎn)品的制造方法可包括結(jié)合一種或多種羥基苯化合物,一種或多種醛化合物,和一種或多種溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物,并使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),生產(chǎn)苯酚-甲醛預(yù)聚物。該方法可進(jìn)一步包括結(jié)合苯酚-甲醛預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,并使苯酚-甲醛預(yù)聚物和至少一種添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。一種或多種添加劑可包括一種或多種羧酸,一種或多種酸酐,一種或多種均聚物,一種或多種共聚物,或其任何混合物。該方法也可包括在比溶劑的臨界壓力低的壓力下,干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品,并熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。
在一個或多個實施方案中,濕凝膠產(chǎn)品的制造方法可包括結(jié)合一種或多種羥基苯化合物,一種或多種醛化合物,和一種或多種溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物,并使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)苯酚-甲醛預(yù)聚物。該預(yù)聚物反應(yīng)混合物可包括約50wt%至約90wt%的羥基苯化合物,和約10wt%至約50wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物和醛化合物的結(jié)合重量。該方法可進(jìn)一步包括結(jié)合苯酚-甲醛預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,并使苯酚-甲醛預(yù)聚物和一種或多種添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。該濕凝膠反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約80wt%的苯酚-甲醛預(yù)聚物,最多約85wt%的羧酸,最多約20wt%的酸酐化合物,最多約30wt%的均聚物,和最多約30wt%的共聚物,該濕凝膠反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約90wt%的添加劑,其中術(shù)語重量百分比值以羥基苯化合物,醛化合物,和一種或多種添加劑的結(jié)合重量為基礎(chǔ)。在一些實例中,羥基苯化合物可包括苯酚,間苯二酚,甲酚,兒茶酚,氫醌,間苯三酚,或其任何混合物,和醛化合物可包括甲醛,乙醛,丙醛,丁醛,糠醛,葡萄糖,芐醛,和肉桂醛,或其任何混合物。
在一個或多個實施方案中,可通過使反應(yīng)物或者反應(yīng)混合物反應(yīng)或聚合,形成濕凝膠,其中所述反應(yīng)物或者反應(yīng)混合物可包括,但不限于,至少一種羥基苯化合物,至少一種醛化合物和至少一種添加劑。添加劑可包括,但不限于,至少一種羧酸,至少一種酸酐,至少一種均聚物,至少一種共聚物,或其任何混合物。也可通過使反應(yīng)混合物反應(yīng)或聚合,形成濕凝膠,其中所述反應(yīng)混合物可包括,但不限于,預(yù)聚物和添加劑。可通過使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),形成預(yù)聚物。預(yù)聚物在添加劑存在下可進(jìn)一步聚合,使得添加劑不反應(yīng),和/或反應(yīng)以形成一部分聚合物,所述一部分聚合物將形成濕凝膠。反應(yīng)混合物也可包括,但不限于,羥基苯化合物,醛化合物,預(yù)聚物和添加劑。
本文中所使用的術(shù)語“濕凝膠”和“濕凝膠產(chǎn)品”是指在其內(nèi)具有一個或多個孔或孔隙且液體至少部分占據(jù)或填充一個或多個孔或孔隙的聚合物鏈的濕(水性或非水性基)網(wǎng)絡(luò)。若至少部分占據(jù)或填充孔隙的液體是水,則聚合物顆??煞Q為“水凝膠”。本文中所使用的術(shù)語預(yù)聚物是指通過至少使羥基苯化合物和醛化合物彼此反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物,只要所得產(chǎn)品在室溫下保持液體形式即可。所得產(chǎn)品,即預(yù)聚物在室溫和室內(nèi)壓力下也可保持液體形式。類似于活性炭產(chǎn)品,濕凝膠或濕凝膠產(chǎn)品可以具有各種形式,例如薄膜,整塊,顆粒,粉末,薄片,棒材,復(fù)合材料,無孔,多孔,和納米孔等。
反應(yīng)混合物也可包括,但不限于,至少一種溶劑和/或至少一種催化劑。反應(yīng)混合物中的任何一種或多種組分可以是反應(yīng)性或非反應(yīng)性的。例如,羥基苯化合物和醛化合物可與彼此反應(yīng),形成聚合物。在另一實例中,溶劑對反應(yīng)混合物中的任何其他組分不具有反應(yīng)性。
可通過在溶液,分散液,懸浮液,和/或乳液方法中聚合反應(yīng)混合物,生產(chǎn)濕凝膠,例如凝膠形式的聚合物顆?;蛘吣z形式的整塊聚合物結(jié)構(gòu)。可借助溶膠凝膠類型方法,進(jìn)行反應(yīng)混合物的反應(yīng)或聚合,以生產(chǎn)濕凝膠。溶膠凝膠方法是生產(chǎn)整塊形式的濕凝膠可使用的一種公知方法。溶膠凝膠方法討論并描述于例如美國專利Nos.:4,873,218;4,997,804;5,124,364;和5,556,892中??山柚植?生長聚合,例如縮聚,加聚,或分步-生長和加聚的組合,進(jìn)行反應(yīng)混合物的反應(yīng)或聚合。可在一種或多種溶劑或液體介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)混合物的反應(yīng)或聚合和/或預(yù)聚物的形成。
本文中所使用的術(shù)語“溶劑”是指下述物質(zhì):它將溶解或懸浮反應(yīng)物并提供反應(yīng)可在其內(nèi)發(fā)生的介質(zhì)。合適的溶劑可包括,但不限于,水,醇,烷烴,酮,芳烴,或其任何混合物。示意性的醇可包括,但不限于,甲醇,乙醇,丙醇,叔丁醇,或其任何混合物。示意性烷烴可包括,但不限于,己烷,庚烷,辛烷,壬烷,癸烷和類似物,其異構(gòu)體,或其任何混合物。示意性酮可包括,但不限于,丙酮,二苯甲酮,苯乙酮,2,2-二甲基-1,3-環(huán)戊二酮,或其任何混合物。其他合適的溶劑可包括,但不限于,四氫呋喃,苯,甲苯,二甲苯,乙苯,枯烯,均三甲苯,或其任何混合物。至少部分占據(jù)或填充濕凝膠孔或孔隙的液體可以是或者包括溶劑。至少部分占據(jù)或填充濕凝膠的孔或孔隙的液體也可包括反應(yīng)混合物內(nèi)的一種或多種反應(yīng)物(羥基苯化合物,醛化合物,羧酸,醛,均聚物,共聚物和/或催化劑)。在至少一個實施方案中,可避免故意添加溶劑。另外,若溶劑沒有添加到反應(yīng)混合物中,則如果羥基苯化合物和醛化合物借助縮合反應(yīng)與彼此反應(yīng),那么由縮合反應(yīng)生成的水可變?yōu)榛蛘叱洚?dāng)至少部分占據(jù)或填充濕凝膠的孔或孔隙的溶劑或液體。
可借助懸浮或分散聚合方法,進(jìn)行反應(yīng)混合物的反應(yīng)或聚合,以生產(chǎn)濕凝膠。本文中所使用的術(shù)語“懸浮法”,“懸浮聚合法”,“分散法”和“分散聚合法”可互換使用,且是指使用機(jī)械攪拌,在溶劑或“連續(xù)相”流體,例如烴和/或水中混合反應(yīng)混合物的非均相反應(yīng)法,其中反應(yīng)混合物相和溶劑或連續(xù)相流體是不可混溶性的。反應(yīng)混合物可在溶劑或連續(xù)相中作為液滴懸浮或分散,其中反應(yīng)物(至少羥基苯化合物和醛化合物)可經(jīng)歷反應(yīng),形成聚合物顆粒,和/或固化,形成聚合物的固化顆粒。本文中所使用的術(shù)語“固化”是指借助聚合物鏈增加的交聯(lián)程度,來增韌或硬化聚合物。交聯(lián)是指例如借助共價化學(xué)反應(yīng),離子相互作用或簇聚,相轉(zhuǎn)化或翻轉(zhuǎn),和/或氫鍵合,在預(yù)聚物和/或聚合物內(nèi)發(fā)生的結(jié)構(gòu)和/或形貌變化。
可借助乳液聚合法,進(jìn)行反應(yīng)混合物的反應(yīng)或聚合,以生產(chǎn)濕凝膠。本文中所使用的術(shù)語“乳液法”和“乳液聚合法”是指“正?!比橐汉汀胺聪唷比橐憾摺H橐涸谝粋€或多個方面不同于懸浮液。一個差別是,乳液通常包括使用表面活性劑,表面活性劑產(chǎn)生或形成乳液(小尺寸的液滴)。當(dāng)載體或連續(xù)相流體是親水流體,例如水,和反應(yīng)混合物相是疏水化合物時,形成正常的乳液,例如水包油,其中單體液滴在載體或連續(xù)相流體內(nèi)的表面活性劑輔助下乳化。單體在這些小尺寸的液滴內(nèi)反應(yīng)。這些液滴典型地尺寸小,因為顆粒終止與彼此聚結(jié),因為每一顆粒被表面活性劑包圍,和在表面活性劑上的電荷靜電排斥其他顆粒。同時懸浮聚合通常產(chǎn)生比用乳液聚合制造的那些大得多的顆粒。當(dāng)載體或連續(xù)相流體是疏水流體,例如油,和反應(yīng)混合物相是親水化合物時,形成反相乳液,例如油包水。
適合于制備濕凝膠的示意性的懸浮和乳液聚合法可包括在美國專利申請公布Nos.:2013/0209348和2013/0211005中討論并描述的那些。
在一個或多個實施方案中,可控制濕凝膠顆粒的制備,使得可生產(chǎn)兩種或更多種粒度分布群落。例如,可分段引入水相到有機(jī)相中。正因為如此,最終的濕凝膠顆粒分布可包括,一個或兩個或更多個節(jié)點(nodes),其中最高和最低節(jié)點之比為小于或等于約1,000,小于或等于約500,小于或等于約200,小于或等于約100,小于或等于約50,小于或等于約25,小于或等于約10,小于或等于5,或者小于或等于約2。
可在約20℃,約25℃,約30℃,約35℃,或約40℃至約50℃,約55℃,約60℃,約65℃,約70℃,約75℃,約80℃,約85℃,約90℃,約95℃,約100℃,約150℃,約200℃,約250℃,或約300℃的溫度下,預(yù)聚羥基苯化合物和醛化合物。在一個或多個實施方案中,可在預(yù)聚過程中的壓力和溫度下,預(yù)聚羥基苯化合物和醛化合物,且可以最多是反應(yīng)混合物的沸點。例如,可在約30℃至約95℃,約60℃至約90℃,約75℃至約95℃,或約50℃至約90℃的溫度下,預(yù)聚羥基苯化合物和醛化合物。在另一實例中,可在約40℃,約50℃,約60℃,約70℃,約75℃,約80℃,約85℃,約90℃,或約95℃的溫度下,預(yù)聚羥基苯化合物和醛化合物。在有或無溶劑和/或催化劑情況下,可混合,共混,攪拌或者要么結(jié)合預(yù)聚物與至少一種添加劑。
若通過使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng)來形成預(yù)聚物,則化合物反應(yīng)形成預(yù)聚物的程度或量可以基于一種或多種性能。監(jiān)控反應(yīng)程度可使用的示意性的反應(yīng)產(chǎn)物或預(yù)聚物的性能可包括,但不限于,粘度,水的濃度,折射指數(shù),未反應(yīng)或游離的醛化合物濃度,分子量或其組合。
若形成預(yù)聚物,則羥基苯化合物和醛化合物可與彼此反應(yīng),直到在25℃的溫度下,預(yù)聚物的粘度為約0.5cP,約1cP,約2cP,約10cP,或約50cP至約100cP,約500cP,約1,000cP,約2,500cP,約5,000cP,或約10,000cP。例如,羥基苯和醛可與彼此反應(yīng),直到在25℃的溫度下,預(yù)聚物的粘度為約1cP至約800cP,約5cP至約500cP,約75cP至約400cP,約125cP至約1,100cP,或約150cP至約300cP。
可使用粘度計,在25℃的溫度下測定反應(yīng)混合物或預(yù)聚物或其他液體的粘度。例如,合適的粘度計可以是獲自Brookfield Engineering Laboratories的DV-II+型號粘度計,它可配有樣品適配器(sample adapter),例如10mL樣品適配器,和最大化扭矩的合適錠子,例如no.31錠子。小的樣品適配器可允許樣品冷卻或者被腔室夾套加熱,以維持繞錠子周圍的樣品溫度在約25℃的溫度下。
若形成預(yù)聚物,則羥基苯化合物和醛化合物可與彼此反應(yīng),直到預(yù)聚物的水濃度為約0.5wt%,約1wt%,約2wt%,或約3wt%至約50wt%,約60wt%,約70wt%,或約80wt%,基于預(yù)聚物,任何未反應(yīng)的羥基苯化合物,任何未反應(yīng)的醛化合物,和水的重量。例如,可通過使苯酚和甲醛反應(yīng),生產(chǎn)預(yù)聚物,且與苯酚結(jié)合的甲醛可以是50wt%的水溶液。正因為如此,水的濃度可以基于在形成預(yù)聚物的過程中產(chǎn)生或生成的水和/或加入到苯酚和甲醛混合物中的水。羥基苯化合物和醛化合物可與彼此反應(yīng),在反應(yīng)減慢或終止,和/或向其中添加羧酸,酸酐,均聚物,和/或共聚物的情況下,生產(chǎn)預(yù)聚物,此時預(yù)聚物的水濃度為約5wt%至約50wt%,約1wt%至約25wt%,約10wt%至約40wt%,約12wt%至約20wt%,或約15wt%至約35wt%,基于預(yù)聚物,任何未反應(yīng)的羥基苯化合物,任何未反應(yīng)的醛化合物和水的重量。
若形成預(yù)聚物,則羥基苯化合物和醛化合物可基于液體預(yù)聚物的折射指數(shù),反應(yīng)到終點。例如,預(yù)聚物可以聚合,直到預(yù)聚物的折射指數(shù)為約1.1000,約1.2000,約1.3000,或約1.3200至約1.4500,約1.4800,約1.5000,約1.5500,約1.6000,約1.6500,約1.7000,約1.7500,或約1.8000。在另一實例中,聚合單體混合物生產(chǎn)預(yù)聚物可進(jìn)行到約1.3500至約1.4500,約1.3800至約1.4400,約1.3900至約1.4350,約1.3900至約1.4500,約1.1000至約1.7000,約1.3000至約1.6000,約1.4200至約1.5500,約1.4800至約1.6400,或約1.3700至約1.4300的折射指數(shù)。
若形成預(yù)聚物,則羥基苯化合物和醛化合物可基于未反應(yīng)或游離的醛化合物濃度,與彼此反應(yīng)到終點。例如,可聚合預(yù)聚物,直到反應(yīng)混合物不具有游離的醛化合物殘留或者未反應(yīng)或游離的醛化合物濃度為約0.5wt%,約1wt%,約3wt%,或約5wt%至約10wt%,約15wt%,約20wt%,或約25wt%。在另一實例中,可聚合預(yù)聚物,直到反應(yīng)混合物具有約2wt%至約17wt%,約1wt%至約5wt%,約4wt%至約12wt%,或約6wt%至約18wt%的未反應(yīng)或者游離的醛化合物濃度。
若形成預(yù)聚物,則羥基苯化合物和醛化合物可基于預(yù)聚物的分子量,與彼此反應(yīng)到終點。例如,可聚合預(yù)聚物,直到預(yù)聚物的重均分子量為約100,約300,約500,或約800至約1,000,約5,000,約10,000,或約20,000。在另一實例中,可聚合預(yù)聚物,直到預(yù)聚物的重均分子量為約200至約1,200,約400至約900,約600至約2,500,約1,000至約6,000,約3,000至約12,000,或約7,000至約16,000。
在一個或多個實施方案中,可攪拌反應(yīng)混合物。例如,可攪拌反應(yīng)混合物,以改進(jìn)和/或維持反應(yīng)物在溶劑內(nèi)的均勻或基本上均勻分布或者溶劑在反應(yīng)混合物內(nèi)的均勻或基本上均勻分布。在一個或多個實施方案中,不攪拌反應(yīng)混合物??稍谝粋€或多個混合器內(nèi)結(jié)合反應(yīng)混合物中的組分?;旌掀骺梢允腔蛘甙芊峙?,間歇和/或連續(xù)混合、共混、接觸或者要么結(jié)合兩種或更多種組分的任何裝置,系統(tǒng)或裝置和/或系統(tǒng)的組合。示意性的混合器可包括,但不限于,機(jī)械混合器攪拌,噴射器,靜態(tài)混合器,機(jī)械/動力混合器,剪切混合器,超聲混合器,振動混合器,混合器本身的移動,或其任何組合?;旌掀骺砂ㄒ粋€或多個加熱夾套,加熱線圈,內(nèi)部加熱元件,冷卻夾套,冷卻線圈,內(nèi)部冷卻元件或類似物,以調(diào)節(jié)其內(nèi)的溫度?;旌掀骺梢允浅ㄩ_式容器或者密閉式容器。反應(yīng)混合物中的組分可在混合器內(nèi)在真空下,在大氣壓下,或者在比大氣壓高的壓力下結(jié)合。
至少部分取決于反應(yīng)混合物中組分之間進(jìn)行反應(yīng)時的溫度,反應(yīng)物可在約30秒至若干天的時間段內(nèi)反應(yīng)和/或固化。例如,反應(yīng)混合物可反應(yīng)和/或固化約1min,約2min,約3min,約4min,約5min,約10min,約15min,或約20min至約40min,約1hr,約1.5hr,約2hr,約3hr,約4hr,約5hr,約10hr,約15hr,約20hr,約1天,約2天,約3天,約4天,約5天,約6天或更多,以生產(chǎn)濕凝膠。反應(yīng)混合物可在約25℃,約35℃,約45℃,約55℃,或約65℃至約85℃,約100℃,約125℃,約150℃,約175℃,約200℃,約225℃,約250℃,約275℃,或約300℃的溫度下反應(yīng)和/或固化。在反應(yīng)過程中反應(yīng)混合物的壓力可以小于大氣壓(例如,真空)至大于大氣壓(例如過壓)。例如,在反應(yīng)過程中,反應(yīng)混合物的壓力可以是約50kPa,約75kPa,約100kPa,或大氣壓(約101.3kPa)至約110kPa,約150kPa,約200kPa,約500kPa,約5,000kPa,約10,000kPa,或約50,000kPa。
在添加劑存在下,至少羥基苯化合物和醛化合物和/或預(yù)聚物之間的反應(yīng)可以在一個連續(xù)的反應(yīng)步驟或者兩個或更多個反應(yīng)步驟中進(jìn)行。多步反應(yīng)方法的一個實例可包括,在反應(yīng)容器內(nèi)經(jīng)第一時間段加熱反應(yīng)物到第一溫度,以生產(chǎn)第一或中間產(chǎn)物。中間產(chǎn)物然后可經(jīng)第二時間段加熱或冷卻到第二溫度,以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。第二溫度可以大于第一溫度或者小于第一溫度。第二時間段可以大于第一時間段或者小于第一時間段。多步反應(yīng)法的另一實例可包括,在反應(yīng)容器內(nèi)經(jīng)第一時間段加熱反應(yīng)物到第一溫度,以生產(chǎn)第一或中間產(chǎn)物??山?jīng)第二時間段加熱該中間產(chǎn)物到第二溫度,生產(chǎn)第二中間產(chǎn)物。第二中間產(chǎn)物然后可經(jīng)第三時間段加熱到第三溫度,以生產(chǎn)濕凝膠。第三溫度可以大于第二溫度或者小于第二溫度。第三溫度可以大于第一溫度或者小于第一溫度。若在生產(chǎn)濕凝膠的過程中,反應(yīng)混合物在密封反應(yīng)容器內(nèi)加熱,則該反應(yīng)容器內(nèi)的壓力可以在加熱反應(yīng)混合物的過程中增加??稍诒3珠_放(未密封),密閉(密封)的反應(yīng)容器內(nèi)制造濕凝膠,或者反應(yīng)容器可以開放一定時間和密閉一定時間。反應(yīng)混合物的壓力,第一中間產(chǎn)物,和/或第二中間產(chǎn)物可以是在從小于大氣壓到大于大氣壓的任何點處。
在至少一個具體實例中,羥基苯化合物和醛化合物和/或由其形成的預(yù)聚物和添加劑可在反應(yīng)容器內(nèi)結(jié)合,形成反應(yīng)混合物,并可經(jīng)第一時間段加熱該反應(yīng)混合物到第一溫度,生產(chǎn)第一中間產(chǎn)物。一種或多種催化劑和/或溶劑也可加入到該反應(yīng)容器中,并存在于反應(yīng)混合物內(nèi)。第一溫度可以是約25℃,約30℃,約35℃,約40℃,約45℃,約50℃,或約60℃至約80℃,約90℃,約95℃,約100℃或更大。第一時間段可以是約30min,約1hr,約1.5hr,約2hr,或約3hr至約6hr,約12hr,約18hr,約1天,約2天,約3天或大于約3天。然后可經(jīng)第二時間段加熱第一中間產(chǎn)物到第二溫度,以生產(chǎn)第二中間產(chǎn)物。第二溫度可以是約25℃,約30℃,約35℃,約40℃,約45℃,約50℃,或約60℃至約80℃,約90℃,約95℃,約100℃或更大。第二時間段可以是約30min,約1hr,約1.5hr,約2hr,或約3hr至約6hr,約12hr,約18hr,約1天,約2天,約3天或大于3天。第二中間產(chǎn)物可以經(jīng)第三時間段加熱到第三溫度,以生產(chǎn)濕凝膠。第三溫度可以是約25℃,約30℃,約35℃,約40℃,約45℃,約50℃,或約60℃至約80℃,約90℃,約95℃,約100℃或更大。第三時間段可以是約30min,約1hr,約1.5hr,約2hr,或約3hr至約6hr,約12hr,約18hr,約1天,約2天,或約3天。
若溶劑存在于反應(yīng)混合物內(nèi),則在到達(dá)濕凝膠產(chǎn)品之前形成的反應(yīng)混合物,第一中間產(chǎn)物,第二中間產(chǎn)物,和/或任何其他中間產(chǎn)物的溫度可以維持在比溶劑沸點低的溫度下。若溶劑存在于反應(yīng)混合物內(nèi),則在加熱任何一種或多種反應(yīng)混合物,第一中間產(chǎn)物,第二中間產(chǎn)物,和/或任何其他中間產(chǎn)物過程中,在到達(dá)濕凝膠產(chǎn)品之前形成的反應(yīng)混合物,第一中間產(chǎn)物,第二中間產(chǎn)物,和/或任何其它中間產(chǎn)物的溫度可以增加到高于溶劑沸點。
反應(yīng)混合物中的組分,例如至少羥基苯化合物和醛化合物之間的反應(yīng)可在寬的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行。例如,反應(yīng)混合物中各組分之間的反應(yīng)可在約1,約2,或約3至約7,約8,約9,約10,約11,或約12的pH值下進(jìn)行。在一個或多個實施方案中,可在酸性條件下進(jìn)行反應(yīng)。例如,反應(yīng)混合物的pH值可以小于7,小于6.5,小于6,小于5.5,小于5,小于4.5,或小于4。在另一實例中,反應(yīng)混合物的pH值可以是約1至約6.5,約1.5至約5.5,約2至約5,約1.5至約4.5,約1至約4,約2至約4,約1至約3.5,或約2至約4.5。
羥基苯化合物對醛化合物的摩爾比可以是約0.1:1至約1.5:1。例如,一種或多種羥基苯化合物對醛化合物的摩爾比可以是約0.2:1至約1.4:1,約0.8:1至約1.3:1,約0.2:1至約0.9:1,約0.3:1至約0.8:1,約0.4:1至約0.8:1,約0.4:1至約0.7:1,或約0.4:1至約0.6:1。在至少一個實例中,羥基苯化合物對醛化合物的摩爾比可以是約0.4:1,約0.5:1,約0.6:1,約0.7:1,約0.8:1,約0.9:1,或約1:1。
若存在催化劑,則羥基苯化合物對催化劑的摩爾比可以是約2,約3,約4,約5,約6,或約7至約50,約100,約200,約500,或約1,000。例如,羥基苯化合物對催化劑的摩爾比可以是約2至約1,000,約3至約800,a約4至約700,約5至約300,約2至約50,約1至約20,約10至約30,約20至約40,或約30至約50。在另一實例中,羥基苯化合物的摩爾比可以是至少2,至少3,至少4,至少5,至少10,至少15,至少25,至少40,至少55,至少60,至少65,至少70,或至少75并小于1,000,小于500,小于200,或小于100。
反應(yīng)混合物可包括約5wt%,約10wt%,約15wt%,約20wt%,約25wt%,或約30wt%至約45wt%,約50wt%,約55wt%,約60wt%,約65wt%,或約70wt%的羥基苯化合物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約50wt%,約15wt%至約45wt%,約17wt%至約40wt%,或約20wt%至約35wt%的羥基苯化合物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少12wt%,至少15wt%,至少17wt%,或至少20wt%至約35wt%,約40wt%,約45wt%,或約50wt%的羥基苯化合物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物可包括約3wt%,約5wt%,約7wt%,約9wt%,或約10wt%至約11wt%,約12wt%,約14wt%,約16wt%,約18wt%,約20wt%,約22wt%,約25wt%,或約30wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約6wt%至約22wt%,約7wt%至約18wt%,約8wt%至約17wt%,或約9wt%至約16wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少5wt%,至少6wt%,至少7wt%,或至少8wt%至約14wt%,約16wt%,約18wt%,或約20wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物可包括從低至約0.1wt%,約1wt%,約5wt%,約10wt%,或約15wt%到約40wt%,約50wt%,約60wt%,約70wt%,約80wt%,或約85wt%的羧酸,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約10wt%至約75wt%,約20wt%至約45wt%,約35wt%至約65wt%,約50wt%至約70wt%,約25wt%至約35wt%,約30wt%至約45wt%,或約55wt%至約65wt%的羧酸,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少20wt%,至少25wt%,至少30wt%,或至少35wt%至約60wt%,約65wt%,約70wt%,或約75wt%的羧酸,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物可包括約0.1wt%,約1wt%,約5wt%,約10wt%,或約15wt%至約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,或約40wt%的酸酐,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約0.5wt%至約6wt%,約1wt%至約5wt%,約1.5wt%至約3wt%,約5wt%至約15wt%,約10wt%至約25wt%,約20wt%至約40wt%,約10wt%至約35wt%,或約1wt%至約8wt%的酸酐,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少0.5wt%,至少1wt%,至少1.5wt%,或至少2wt%至約5wt%,約10wt%,約20wt%,或約30wt%的酸酐,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物可包括約0.1wt%,約1wt%,約5wt%,約10wt%,或約15wt%至約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,或約40wt%的均聚物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約0.5wt%至約6wt%,約1wt%至約5wt%,約1.5wt%至約3wt%,約5wt%至約15wt%,約10wt%至約25wt%,約20wt%至約40wt%,約10wt%至約35wt%,或約1wt%至約8wt%的均聚物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少0.5wt%,至少1wt%,至少1.5wt%,或至少2wt%至約5wt%,約10wt%,約20wt%,或約30wt%的均聚物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物可包括約0.1wt%,約1wt%,約5wt%,約10wt%,或約15wt%至約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,或約40wt%的共聚物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約0.5wt%至約6wt%,約1wt%至約5wt%,約1.5wt%至約3wt%,約5wt%至約15wt%,約10wt%至約25wt%,約20wt%至約40wt%,約10wt%至約35wt%,或約1wt%至約8wt%的共聚物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少0.5wt%,至少1wt%,至少1.5wt%,或至少2wt%至約5wt%,約10wt%,約20wt%,或約30wt%的共聚物,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物可包括約1wt%,約3wt%,約5wt%,約8wt%,約10wt%,約15wt%,約20wt%,約30wt%,或約35wt%至約50wt%,約60wt%,約70wt%,約80wt%,或約90wt%的添加劑,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。用另一種方式表述,添加劑的總量(羧酸,酸酐,均聚物和共聚物的結(jié)合量)可以是約1wt%,約3wt%,約5wt%,約8wt%,約10wt%,約15wt%,約20wt%,約30wt%,或約35wt%至約50wt%,約60wt%,約70wt%,約80wt%,或約90wt%的添加劑,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約50wt%至約80wt%,約60wt%至約75wt%,約2wt%至約30wt%,約15wt%至約50wt%,約20wt%至約45wt%,約35wt%至約65wt%,約55wt%至約75wt%,約70wt%至約85wt%,或約30wt%至約45wt%的添加劑,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少10wt%,至少15wt%,至少20wt%,至少25wt%,至少30wt%,至少35wt%,至少40wt%,至少45wt%,至少50wt%,至少55wt%,或至少60wt%至約65wt%,約70wt%,約75wt%,約80wt%,或約90wt%的添加劑,基于羥基苯化合物,醛化合物和添加劑的結(jié)合重量。
在一個或多個實施方案中,反應(yīng)混合物可包括用量為約10wt%,約15wt%,約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,約40wt%,約45wt%,約50wt%,約55wt%,約60wt%至約65wt%,約70wt%,約75wt%,約80wt%,或約90wt%的添加劑,其中反應(yīng)混合物包括最多約65wt%,最多約70wt%,最多約75wt%,或最多約85wt%的羧酸,最多約25wt%,最多約30wt%,最多約35wt%,或最多約40wt%的酸酐,最多約25wt%,最多約30wt%,最多約35wt%,或最多約40wt%的均聚物,和最多約25wt%,最多約30wt%,最多約35wt%,或最多約40wt%的共聚物,和其中所有重量百分比值以羥基苯化合物,醛化合物,和添加劑的結(jié)合重量為基礎(chǔ)。例如,反應(yīng)混合物可包括最多約85wt%的羧酸,最多約40wt%的酸酐,最多約40wt%的均聚物和最多約40wt%的共聚物,其中反應(yīng)混合物包括約10wt%至約90wt%的添加劑,和其中所有重量百分比值以羥基苯化合物,醛化合物,和添加劑的結(jié)合重量為基礎(chǔ)。
反應(yīng)混合物可包括約1wt%,約5wt%,約10wt%,約15wt%,約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,約40wt%,或約45wt%至約60wt%,約65wt%,約70wt%,約75wt%,約80wt%,約85wt%,約90wt%,或約95wt%的溶劑,基于羥基苯化合物,醛化合物,溶劑,催化劑,和添加劑的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約1wt%至約95wt%,約5wt%至約90wt%,約10wt%至約85wt%,或約15wt%至約75wt%的溶劑,基于羥基苯化合物,醛化合物,溶劑,催化劑,和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少1wt%,至少5wt%,至少10wt%,至少15wt%,或至少20wt%至約60wt%,約65wt%,約70wt%,約75wt%,約80wt%,約85wt%,約90wt%,或約95wt%的溶劑,基于羥基苯化合物,醛化合物,溶劑,催化劑,和添加劑的結(jié)合重量。在再一實例中,反應(yīng)混合物可包括約1wt%,約5wt%,約10wt%,約15wt%,約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,約40wt%,或約45wt%至約60wt%,約65wt%,約70wt%,約75wt%,約80wt%,約85wt%,約90wt%,或約95wt%的溶劑,基于羥基苯化合物,醛化合物,添加劑和溶劑的結(jié)合重量。
羥基苯化合物可以是或者包括取代酚類化合物,未取代的酚類化合物,或取代和/或未取代的酚類化合物的任何組合。例如,羥基苯化合物可以是或者包括,但不限于,苯酚,間苯二酚(例如,1,3-二羥基苯)或其任何組合。在另一實例中,羥基苯化合物也可以是或者包括間苯二酚,或任何間苯二酚衍生物可由其衍生的任何化合物或化合物的組合。在另一實例中,羥基苯化合物可以是單羥基苯,二羥基苯,三羥基苯,任何其他多羥基苯,或其任何組合。在另一實例中,羥基苯化合物可以是苯酚。
在一個或多個實施方案中,羥基苯化合物可用式I表示:
其中每一R1可以獨立地為氫(H),羥基,C1-C5烷基,或OR2,其中R2可以是C1-C5烷基或C1-C5芳基。其他合適的羥基苯化合物可用式II表示:
其中每一R3可以獨立地為氫(H);羥基;鹵素,例如氟,氯,溴或碘;硝基;芐基;羧基;?;?,例如甲酰基,烷基-羰基,例如乙酰基,和芳基羰基,例如苯甲?;?;烷基,例如甲基,乙基,丙基,丁基,戊基,己基,庚基,辛基,壬基,癸基和類似基團(tuán);鏈烯基,例如未取代或取代的乙烯基和烯丙基;未取代或取代的甲基丙烯酸酯,未取代或取代的丙烯酸酯;甲硅烷基醚;硅氧烷基;芳基,例如苯基和萘基;芳烷基,例如芐基;或烷芳基,例如烷基苯酚類,和其中至少兩個R3是氫。
其他合適的羥基苯化合物可包括,但不限于,烷基取代的酚類,例如甲酚類和二甲苯酚類;環(huán)烷基取代的酚類,例如環(huán)己基苯酚;鏈烯基取代的酚類;芳基取代的酚類,例如對苯基苯酚;烷氧基取代的酚類,例如3,5-二甲氧基苯酚;芳氧基酚類,例如對苯氧基苯酚;和鹵素取代的酚類,例如對氯苯酚。也可使用二元酚類,例如兒茶酚,間苯二酚,氫醌,雙酚A和雙酚F。特別地,羥基苯化合物可以選自苯酚;間苯二酚;兒茶酚;氫醌;烷基取代的酚類,例如甲酚類和二甲苯酚類;環(huán)烷基取代的酚類,例如環(huán)己基苯酚;鏈烯基取代的酚類;芳基取代的酚類,例如對苯基苯酚;烷氧基取代的酚類,例如3,5-二甲氧基苯酚;芳氧基酚類,例如對苯氧基苯酚;鹵素取代的酚類,例如對氯苯酚;雙酚A;和雙酚F。仍然其他合適的羥基苯化合物可以是或者包括連苯三酚,5-甲基間苯二酚,5-乙基間苯二酚,5-丙基間苯二酚,4-甲基間苯二酚,4-乙基間苯二酚,4-丙基間苯二酚,間苯二酚單苯甲酸酯,間苯二酚monosinate,間苯二酚二苯醚,間苯二酚單甲醚,間苯二酚單乙酸酯,間苯二酚二甲醚,間苯三酚,苯甲?;g苯二酚,間苯二酚松香酸酯,烷基取代的間苯二酚,芳烷基取代的間苯二酚,例如2-甲基間苯二酚,間苯三酚,1,2,4-苯三醇,3,5-二羥基芐醛,2,4-二羥基芐醛,4-乙基間苯二酚,2,5-二甲基間苯二酚,5-甲基苯-1,2,3-三醇,3,5-二羥基芐基醇,2,4,6-三羥基甲苯,4-氯間苯二酚,2',6'-二羥基苯乙酮,2',4'-二羥基苯乙酮,3',5'-二羥基苯乙酮,2,4,5-三羥基芐醛,2,3,4-三羥基芐醛,2,4,6-三羥基芐醛,3,5-二羥基苯甲酸,2,4-二羥基苯甲酸,2,6-二羥基苯甲酸,1,3-二羥基萘,2',4'-二羥基苯丙酮,2',4'-二羥基-6'-甲基苯乙酮,1-(2,6-二羥基-3-甲基苯基)乙酮,3,5-二羥基苯甲酸3-甲酯,2,4-二羥基苯甲酸甲酯,沒食子苯乙酮,2,4-二羥基-3-甲基苯甲酸,2,6-二羥基-4-甲基苯甲酸,2,6-二羥基苯甲酸甲酯,2-甲基-4-硝基間苯二酚,2,4,5-三羥基苯甲酸,3,4,5-三羥基苯甲酸,2,3,4-三羥基苯甲酸,2,4,6-三羥基苯甲酸,2-硝基間苯三酚,或其組合。另一合適的羥基苯化合物可以是或者包括間苯三酚。
在一個或多個實施方案中,羥基苯化合物也可以是或者包括一種或多種單寧。本文中所使用的術(shù)語“單寧”是指可水解的單寧和縮合單寧二者。正因為如此,羥基苯化合物可以是或者包括可水解的單寧,縮合單寧,或者可水解的單寧和縮合單寧的組合。合適的單寧可由其衍生的示意性灌木和/或樹的種屬可包括,但不限于,金合歡屬(Acacia),栗屬(Castanea),Vachellia,Senegalia,欖仁樹屬(Terminalia),葉下珠屬(Phyllanthus),蘇木屬(Caesalpinia),櫟屬(Quercus),紅堅木屬(Schinopsis),鐵杉屬(Tsuga),漆樹屬(Rhus),胡桃屬(Juglans),山核桃(Carya)和松樹屬(Pinus),或其任何組合。在另一實例中,合適的單寧可由其衍生的種屬可包括,但不限于,紅堅木屬,金合歡屬,或其任何組合。在另一實例中,合適的單寧可由其衍生的種屬可包括,但不限于,松樹屬,山核桃,或其任何組合。
可水解的單寧是簡單酚類,例如連苯三酚和鞣花酸的混合物,以及諸如葡萄糖之類的糖與沒食子酸和二沒食子酸的酯的混合物。示意性的可水解單寧可包括,但不限于,從歐洲栗屬(Castanea sativa)(例如,栗子),欖仁樹屬和葉下珠屬(例如,欖仁樹種),卷果云實(Caesalpinia coriaria)(例如,鞣料云實(divi-divi)),刺云實(Caesalpinia spinosa)(例如,刺云實(tara)),角豆樹(algarobilla),橡碗(valonea)和櫟屬(例如,橡樹)中回收的提取物??s合單寧是由黃烷類縮合形成的聚合物??s合單寧可以是直鏈或支鏈分子。示意性縮合單寧可包括,但不限于,黑荊(Acacia mearnsii)(例如,枝條或含羞草樹皮提取物),紅堅木屬(例如,黑荊白堅木(quebracho wood)提取物),鐵杉屬(例如,毒芹樹皮提取物),漆樹屬(例如,漆樹提取物),胡桃屬(例如,胡桃),長山核桃(Carya illinoinensis)(例如,美洲山核桃),和松樹屬(例如,輻射松(Radiata pine),海岸松(Maritime pine),樹皮提取物物種)。
縮合單寧包括約70wt%至約80wt%的活性酚類成分(“單寧部分”),和其余成分(“非單寧部分”)可包括,但不限于,碳水化合物,水合膠體,和氨基和/或亞氨基酸部分??墒褂脧挠袡C(jī)物中回收或提取的縮合單寧,或者縮合單寧可以是純化至,例如約95wt%或更大的活性酚類成分??伤鈫螌幒涂s合單寧可以使用公知方法,從起始材料,例如樹木和/或灌木中提取。在Handbook of Adhesive Technology,第2版,CRC Press,2003,第27章,"Natural Phenolic Adhesives I:Tannin",和在Monomers,Polymers and Composites from RenewableResources,Elsevier,2008,第8章,"Tannins:Major Sources,Properties and Applications"中討論并描述了單寧的更詳細(xì)的討論。
縮合單寧可以分類或分組為一個或兩個主要的種類,亦即,含有間苯二酚單元的那些,和含有間苯三酚單元的那些。含有間苯二酚單元的示意性單寧包括,但不限于,黑荊樹單寧和白堅木單寧。包括間苯三酚單元的示意性單寧包括,但不限于,美洲山核桃單寧和松樹單寧。
合適的醛化合物可用式III表示:
其中R4可以是氫,烷基,鏈烯基,或炔基。烷基,鏈烯基,或炔基可包括1至約8個碳原子。在另一實例中,合適的醛化合物也可包括所謂的掩蔽醛或醛等價物,例如縮醛或半縮醛。示意性的醛化合物可包括,但不限于,甲醛,多聚甲醛,乙醛,丙醛,丁醛,糠醛,芐醛或其任何組合。一種或更多種其他醛,例如乙二醛可替代甲醛和/或其他醛使用,或者與甲醛和/或其他醛結(jié)合使用。在至少一個實例中,醛化合物可包括甲醛,UFC或其組合。
醛化合物可作為固體,液體和/或氣體使用。特別地考慮甲醛,甲醛可以是或者包括多聚甲醛(固體聚合的甲醛),福爾馬林溶液(甲醛的水溶液,有時具有甲醇,其中甲醛濃度為37vol%,44vol%,或50vol%),脲-甲醛濃縮物("UFC"),和/或也可使用甲醛氣體替代其他形式的甲醛,或者除了其他形式的甲醛以外,也可使用甲醛氣體。在另一實例中,醛可以是或者包括脲對甲醛的重量比為約1:2至約1:3的預(yù)反應(yīng)的脲-甲醛混合物。
醛化合物也可以是或者包括,但不限于,一種或多種多官能的醛化合物。本文中所使用的術(shù)語“多官能的醛化合物”和“多官能醛”可互換使用,且是指具有至少兩個官能團(tuán),其中至少一個官能團(tuán)是醛基的化合物。例如,多官能醛可包括兩個或更多個醛官能團(tuán)。在另一實例中,多官能醛可包括至少一個醛官能團(tuán)和除了醛官能團(tuán)以外的至少一個官能團(tuán)。本文中所使用的術(shù)語“官能團(tuán)”是指在多官能醛化合物中的反應(yīng)性基團(tuán),且可包括,但不限于,醛基,羧酸基,酯基,酰胺基,亞胺基,環(huán)氧基,吖啶基,氮雜環(huán)丁鎓基,和羥基。
多官能醛化合物可包括兩個或更多個碳原子且具有兩個或更多個醛官能團(tuán)。例如,多官能醛化合物可包括,兩個,三個,四個,五個,六個或更多的碳原子,且具有兩個或更多個醛官能團(tuán)。多官能醛化合物可包括兩個或更多個碳原子,且具有至少一個醛官能團(tuán)和除了醛官能團(tuán)以外的至少一個官能團(tuán),例如羧酸基,酯基,酰胺基,亞胺基,環(huán)氧基,吖啶基,氮雜環(huán)丁鎓基,和/或羥基。例如,多官能醛化合物可包括兩個,三個,四個,五個,六個或更多的碳原子,且具有至少一個醛官能團(tuán)和除了醛基以外的至少一個官能團(tuán),例如羧酸基,酯基,酰胺基,亞胺基,環(huán)氧基,吖啶基,氮雜環(huán)丁鎓基,和/或羥基。應(yīng)當(dāng)注意,具有一個醛基和羧酸基的多官能醛化合物可被視為醛化合物或羧酸化合物,但這種多官能醛化合物并不打算同時滿足二者。用另一種方式表述,羥基苯化合物,醛化合物,羧酸,酸酐,均聚物和/或共聚物是指彼此不同的化合物。
含三個(3)或更多個碳原子且具有兩個醛官能團(tuán)(-CHO)的合適的雙官能或二官能醛可用式IV表示:
其中R5可以是具有1個碳原子至約12個碳原子的亞烯基,亞烯基,炔基,環(huán)亞烯基,環(huán)亞烯基或環(huán)炔基,或亞芳基。示意性的多官能醛可包括,但不限于,丙二醛,丁二醛,戊二醛,2-羥基戊二醛,β-甲基戊二醛,己二醛,庚二醛,辛二醛,馬來醛,富馬醛,癸二醛,鄰苯二甲醛,間苯二甲醛,對苯二甲醛,環(huán)取代的芳醛,或其任何組合。含兩個碳原子且具有兩個醛官能團(tuán)的合適的雙官能或二官能醛是乙二醛。
含醛基和除了醛基以外的官能團(tuán)的示意性多官能醛化合物可包括,但不限于,乙醛酸,乙醛酸酯,乙醛酸酰胺,5-(羥甲基)糠醛,或其任何組合。在多官能醛化合物內(nèi)的醛基可以以其他形式,例如以水合物形式存在。正因為如此,可使用特定的多官能醛化合物的任何形式或衍生物來制備本文中討論并描述的濕凝膠。醛化合物可包括與彼此結(jié)合和/或彼此獨立地添加到反應(yīng)混合物中的兩種或更多種醛化合物的任何組合。
羧酸可包括,但不限于,單羧酸,二羧酸,三羧酸,四羧酸,五羧酸,具有大于五個羧基的羧酸,聚合的多聚羧酸,及其任何混合物。單羧酸可用式V表示:
其中R6可以是具有1至約50個碳原子的烷基,鏈烯基,或炔基碳鏈。示意性的單羧酸可包括,但不限于,蟻酸或甲酸,乙酸(ethanoic acid)或乙酸,丙酸,丁酸,戊酸,己酸,庚酸,辛酸,壬酸,癸酸,十一烷酸,十二烷酸,十三烷酸,十四烷酸,十五烷酸,十六烷酸,十六烷酸,十七烷酸,十八烷酸,二十烷酸,丙烯酸,或其任何混合物。
二羧酸可用式VI表示:
其中R7可以是具有1個碳原子至約50個碳原子的亞烷基,亞烯基,或炔基碳鏈。
三羧酸可用式VII表示:
R8(COOH)3
(VII)
其中R8可以是具有1個碳原子至約50個碳原子的亞烷基,亞烯基或炔基碳鏈。
二羧酸,三羧酸,四羧酸,五羧酸,和具有六個或更多個羧酸基的羧酸可以統(tǒng)稱為“多聚羧酸”。合適的多聚羧酸可包括,但不限于,不飽和脂族二羧酸,飽和脂族二羧酸,芳族二羧酸,不飽和環(huán)狀二羧酸,飽和環(huán)狀二羧酸,它們的羥基取代的衍生物,和類似物。其他合適的多聚羧酸可包括不飽和脂族三羧酸,飽和脂族三羧酸,例如檸檬酸,芳族三羧酸,不飽和環(huán)狀三羧酸,飽和環(huán)狀三羧酸,它們的羥基取代的衍生物,和類似物。要理解,任何這種多聚羧酸可被任選取代,例如被羥基,鹵素,烷基,烷氧基和類似基團(tuán)取代。
示意性的多聚羧酸可包括,但不限于,檸檬酸,乙二酸,丙二酸,丁二酸,戊二酸,己二酸,庚二酸,辛二酸,壬二酸,癸二酸,十一烷二酸,十二烷二酸,或其任何混合物。其他示意性二羧酸可包括,但不限于,(Z)-丁烯二酸或馬來酸,(E)-丁烯二酸或富馬酸,戊-2-烯二酸或戊烯二酸,十二碳-2-烯二酸或創(chuàng)傷酸,(2E,4E)-己-2,4-二烯二酸或己二烯二酸,檸檬酸或異檸檬酸,烏頭酸,己二酸,壬二酸,丁四羧酸二酐,丁三羧酸,氯菌酸,檸康酸,二環(huán)戊二烯-馬來酸加合物,二亞乙基三胺五乙酸,二戊烯和馬來酸的加合物,乙二胺四乙酸(EDTA),完全馬來酸化的松香,馬來酸化的妥爾油脂肪酸,富馬酸,戊二酸,間苯二甲酸,衣康酸,用過氧化鉀氧化成醇然后氧化成羧酸的馬來酸化松香,馬來酸,蘋果酸,中康酸,借助與二氧化碳的KOLBE-Schmidt反應(yīng)引入3-4個羧基而反應(yīng)的雙酚A或雙酚F,草酸,鄰苯二甲酸,癸二酸,琥珀酸,酒石酸,對苯二甲酸,四溴鄰苯二甲酸,四氯鄰苯二甲酸,四氫鄰苯二甲酸,偏苯三酸,均苯三酸及其任何混合物。
合適的聚合的多聚羧酸可包括含有大于一個側(cè)掛羧基的有機(jī)聚合物或低聚物。聚合的多聚羧酸可以是由不飽和羧酸制備的均聚物或共聚物,所述不飽和羧酸可包括,但不限于,丙烯酸,甲基丙烯酸,巴豆酸,異巴豆酸,馬來酸,肉桂酸,2-甲基馬來酸,衣康酸,2-甲基衣康酸,α,β-亞甲基戊二酸,和類似物。聚合的多聚羧酸也可由不飽和酸酐制備。不飽和酸酐可包括,但不限于,馬來酸酐,衣康酸酐,丙烯酸酐,甲基丙烯酸酐,和類似物,以及它們的混合物。
優(yōu)選的聚合的多聚羧酸可包括聚丙烯酸,聚甲基丙烯酸,聚馬來酸和類似物??缮藤彽亩嗑埕人岬膶嵗ˋQUASET-529(Rohm&Haas,Philadelphia,Pa.,U.S.A.),CRITERION 2000(Kemira,Helsinki,Finland,Europe),NF1(H.B.Fuller,St.Paul,Minn.,U.S.A.),和SOKALAN(BASF,Ludwigshafen,Germany,Europe)。關(guān)于SOKALAN,認(rèn)為它是分子量為約4,000的丙烯酸和馬來酸的水溶性聚丙烯酸共聚物。AQUASET-529被理解為是含有用甘油交聯(lián)的聚丙烯酸,還含有次磷酸鈉作為催化劑的組合物。CRITERION 2000被認(rèn)為是分子量為約2,000的聚丙烯酸的部分鹽的酸性溶液。NF1被認(rèn)為是含有羧酸官能度和羥基官能度以及不具有任意一個官能度的單元的共聚物;NF1還被認(rèn)為含有鏈轉(zhuǎn)移劑,例如次磷酸鈉或有機(jī)基磷酸鹽催化劑。
酸酐可以用式VII表示:
其中R9和R10可以獨立地為取代或未取代的直鏈,支鏈,環(huán)狀,雜環(huán)或芳族烴基。例如,R9和R10可以獨立地為烷基,鏈烯基,炔基,苯基,或芳基。在一些實例中,R9和R10可以獨立地為具有1個碳原子至約50個碳原子的烷基,鏈烯基,或炔基碳鏈。在一個或多個實施方案中,R9和R10可一起鍵合,形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。示意性的酸酐可包括,但不限于,馬來酸酐,鄰苯二甲酸酐,乙酸酐,琥珀酸酐,苯乙烯馬來酸酐,萘二甲酸酐,1,2,4-苯三羧酸酐,或其任何混合物。
除了羧酸均聚物以外,其他合適的均聚物可包括,但不限于,聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,或其任何混合物。
除了羧酸共聚物以外,其他合適的共聚物可包括,但不限于,交替共聚物,周期性共聚物,統(tǒng)計共聚物,三元共聚物,嵌段共聚物,直鏈共聚物,支鏈共聚物,或其任何混合物。交替共聚物可以用式表示:~ABABABABABABABAB~。示意性的交替共聚物可包括,但不限于,聚[苯乙烯-alt-(馬來酸酐)],聚[(乙二醇)-alt-(對苯二甲酸;鄰苯二甲酸)],或其混合物。周期性共聚物可用式表示:~A-B-A-B-B-A-A-A-A-B-B-B~。示意性的周期性共聚物可包括,但不限于,聚(1,3,6-三氧雜環(huán)辛烷)聚(氧基亞甲基氧基亞乙基氧基亞乙基)。統(tǒng)計共聚物可用式表示:~ABBAAABAABBBABAABA~。示意性的統(tǒng)計共聚物可包括,但不限于,聚(苯乙烯-stat-丙烯腈-stat-丁二烯),聚[(6-氨基己酸)-stat-(7-氨基庚酸)],聚[(4-羥基苯甲酸)-co-氫醌-co-(對苯基二甲酸)],聚[苯乙烯-co-(甲基丙烯酸甲酯)],或其任何混合物。示意性的三元共聚物可包括,但不限于,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物,或其任何混合物。嵌段共聚物可用式表示:~AAAAA-BBBBBBB~AAAAAAA~BBB~。示意性的嵌段共聚物可包括,但不限于,聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯,聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)嵌段聚合物(也稱為PEG-PPG-PEG嵌段聚合物),聚[聚(甲基丙烯酸甲酯)-嵌-聚苯乙烯-嵌-聚(丙烯酸甲酯)],或其任何混合物。示意性的直鏈共聚物可包括,但不限于,乙烯和一種或多種C3-C20α烯烴共聚單體共聚物的共聚物,或其任何混合物。示意性的支鏈共聚物可包括,但不限于,支鏈甲基丙烯酸酯共聚物。
在一個或多個實施方案中,反應(yīng)混合物可進(jìn)一步包括一種或多種多元醇。合適的多元醇可用下式IX表示:
R11(OH)n
(IX)
其中R11可以是取代或未取代的亞烷基,取代或未取代的亞烯基,取代或未取代的亞炔基,取代或未取代的環(huán)亞烷基,取代或未取代的環(huán)亞烯基,取代或未取代的環(huán)亞炔基,取代或未取代的雜環(huán)亞烷基,取代或未取代的雜環(huán)亞烯基,取代或未取代的雜環(huán)亞炔基,取代或未取代的亞芳基,或取代或未取代的雜亞芳基;和n是不小于2的整數(shù)。例如,n可以是2至10,2至50,或2至100的任何整數(shù)。
示意性的多元醇可包括,但不限于,1,4-環(huán)己二醇兒茶酚,氰尿酸,二乙醇胺,pryogallol,丁二醇,1,6-己二醇,1,2,6-己三醇,1,3-丁二醇,1,4-環(huán)己烷二甲醇,2,2,4-三甲基戊二醇,烷氧基化雙酚A,雙[N,N二β-羥乙基)]己二酰胺,雙酚A,雙酚A二縮水甘油醚,雙酚F二縮水甘油醚,環(huán)己烷二甲醇,二溴新戊二醇,聚甘油,二乙二醇,二丙二醇,二元醇醚,乙氧基化DETA,乙二醇,甘油,新戊二醇,季戊四醇,低分子量(例如,重均分子量為小于或等于約750)的聚乙二醇和/或聚丙二醇,丙1,3-二醇,丙二醇,聚環(huán)氧乙烷(羥基封端),山梨醇,酒石酸,四溴烷氧基化雙酚A,四溴雙酚A,四溴雙酚二乙氧基醚,三乙醇胺,三乙二醇,三羥甲基乙烷,乙基二乙醇胺,甲基二乙醇胺,一種或多種碳水化合物,聚乙烯醇,羥乙基纖維素,間苯二酚,連苯三酚,乙醇酸化脲,木質(zhì)素,三羥甲基丙烷,三丙二醇,或其任何組合。一種或多種碳水化合物可包括一種或多種單糖,二糖,低聚糖,多聚糖或其任何組合。
多元醇的一種特別的子組可包括碳水化合物。合適的碳水化合物可包括單糖,二糖,低聚糖,多聚糖,或其任何混合物。碳水化合物可包括一種或多種醛糖糖。單糖可以是或者包括D-葡萄糖(一水合右旋糖),L-葡萄糖,或其組合。其他碳水化合物醛糖糖可包括,但不限于,甘油醛,赤蘚糖,蘇糖,核糖,脫氧核糖,阿拉伯糖,木糖,來蘇糖,阿洛糖,阿卓糖,古洛糖,甘露糖,艾杜糖,半乳糖,塔羅糖及其任何組合。碳水化合物也可以是或者包括一種或多種還原或改性淀粉,例如糊精,麥芽糊精,和氧化麥芽糊精。
反應(yīng)混合物可包括約0.1wt%,約1wt%,約5wt%,約10wt%,或約15wt%至約25wt%,約30wt%,約35wt%,約40wt%,或約45wt%的多元醇,基于羥基苯化合物,醛化合物,添加劑和多元醇的結(jié)合重量。例如,反應(yīng)混合物可包括約0.5wt%至約15wt%,約5wt%至約20wt%,約10wt%至約30wt%,約3wt%至約12wt%,約8wt%至約28wt%,約23wt%至約35wt%,約4wt%至約12wt%,或約1wt%至約20wt%的多元醇,基于羥基苯化合物,醛化合物,添加劑和多元醇的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括至少0.1wt%,至少0.5wt%,至少1wt%,至少2wt%,至少3wt%,至少4wt%,至少5wt%,至少7wt%,或至少10wt%至約15wt%,約20wt%,約25wt%,約30wt%,約35wt%,或約40wt%的多元醇,基于羥基苯化合物,醛化合物,添加劑和多元醇的結(jié)合重量。
反應(yīng)混合物和/或預(yù)聚物的含固量可變化約5%,約10%,約15%,約20%,約25%,約35%,約40%,或約45%至約55%,約60%,約65%,約70%,約75%,約80%,約85%,約90%,約95%,或約99%。例如,反應(yīng)混合物和/或預(yù)聚物的含固量可以是約35%至約70%,約40%至約60%,或約45%至約55。在另一實例中,反應(yīng)混合物和/或預(yù)聚物的含固量可以大于20%,大于25%,大于30%,大于35%,大于40%,或大于45%,大于50%,大于55%,大于60%,大于65%,大于70%,大于75%,大于80%,大于85%,或大于90%。在另一實例中,反應(yīng)混合物和/或預(yù)聚物的含固量可以小于90%,小于85%,小于80%,小于75%,小于70%,小于65%,小于60%,小于55%,小于50%,小于45%,小于40%,小于35%,小于30%,小于25%,小于20%,或小于15%。
可通過測定加熱小的組合物樣品(例如,約1g至約5g)到合適的溫度(例如,約125℃)且足以除去液體的時間時的重量損失,來測量組合物的含固量。通過測量加熱之前和之后的樣品重量,可直接計算或者要么估計組合物內(nèi)的固體百分比。
可結(jié)合催化劑與反應(yīng)混合物以加速形成預(yù)聚物和/或濕凝膠。催化劑可以是或者包括一種或多種酸,一種或多種堿,或其任何混合物。示意性的酸催化劑可包括,但不限于,鹽酸,硫酸,磷酸,亞磷酸,磺酸(其中包括,但不限于,單磺酸,二磺酸,三磺酸,甲苯磺酸和烷磺酸),沒食子酸,草酸,苦味酸或其任何組合。其他合適的酸催化劑可包括以上討論并描述的一種或多種羧酸。例如,酸性催化劑可以是或者包括乙酸,檸檬酸或其混合物。應(yīng)當(dāng)注意,若存在的話,則催化劑可以或者可以不與反應(yīng)混合物中的一種或多種組分反應(yīng)。
示意性的堿催化劑可包括,但不限于,氫氧化物,碳酸鹽,銨,胺或其任何組合。示意性的氫氧化物可包括,但不限于,氫氧化鈉,氫氧化鉀,氫氧化銨(例如氨水),氫氧化鋰,氫氧化銫,它們的水溶液,它們的任何組合,或其任何混合物。示意性的碳酸鹽可包括,但不限于,碳酸鈉,碳酸鉀,碳酸銨,它們的水溶液,它們的任何組合,或其任何混合物。示意性的胺可包括,但不限于烷醇胺,多胺,芳族胺,及其任何組合。示意性的烷醇胺可包括,但不限于,單乙醇胺(MEA),二乙醇胺(DEA),三乙醇胺(TEA),或其任何組合。示意性的烷醇胺可包括二乙醇胺,三乙醇胺,2-(2-氨基乙氧基)乙醇,氨乙基乙醇胺,氨基丁醇和其他氨基烷醇。示意性的芳族胺可包括,但不限于,芐胺,苯胺,鄰-甲苯胺,間-甲苯胺,對甲苯胺,正甲基苯胺,N-N'-二甲基苯胺,二苯基和三苯基胺,1-萘基胺,2-萘基胺,4-氨基苯酚,3-氨基苯酚和2-氨基苯酚。示意性的多胺可包括,但不限于,二亞乙基三胺(DETA),三亞乙基四胺(TETA),四亞乙基五胺(TEPA)。其他多胺可包括,例如1,3-丙二胺,1,4-丁二胺,多酰胺基胺和聚乙烯亞胺。
其他合適的胺可包括,但不限于,伯胺("NH2R1"),仲胺("NHR1R2"),和叔胺("NR1R2R3"),其中R1,R2,和R3各自可獨立地為烷基,環(huán)烷基,雜環(huán)烷基,芳基,雜芳基和取代芳基。烷基可包括具有1個碳原子至約15個碳原子或者1個碳原子至約8個碳原子的支鏈或非支鏈烷基。示意性的烷基可包括甲基,乙基,正丙基,異丙基,正丁基,仲丁基,叔丁基,正戊基,正己基和乙基己基,它們的異構(gòu)體,或其任何混合物。環(huán)烷基可包括3個碳原子至約7個碳原子。示意性的環(huán)烷基可包括,但不限于,環(huán)戊基,取代環(huán)戊基,環(huán)己基和取代環(huán)己基。術(shù)語“芳基”是指含有單一芳環(huán)或稠合在一起,共價鍵合,或者鍵合到同一基團(tuán),例如亞甲基或亞乙基部分上的多個芳環(huán)的芳族取代基。芳基的一些具體實例可包括一個芳環(huán)或兩個或三個稠合或鍵合的芳環(huán),例如苯基,萘基,聯(lián)苯基,蒽基,菲基,它們的異構(gòu)體,它們的取代芳烴和類似物。菲基取代基可包括1個碳原子至約20個碳原子。在“含雜原子的環(huán)烷基”中的術(shù)語“含雜原子”是指其中一個或多個碳原子被除了碳以外的原子,例如氮,氧,硫,磷或硼取代的分子或分子的片段。類似地,術(shù)語“雜芳基”是指含雜原子的芳基取代基。在“取代芳基”中的術(shù)語“取代”是指其中鍵合到碳原子上的至少一個氫原子被一個或多個取代基取代的分子或分子的片段,所述取代基是諸如羥基,烷氧基,烷硫基,膦基,氨基,鹵素,甲硅烷基和類似基團(tuán)之類的官能團(tuán)。示意性的伯胺可包括,但不限于,甲胺和乙胺。示意性的仲胺可包括,但不限于,二甲胺和二乙胺。示意性的叔胺可包括,但不限于三甲胺,三乙胺,三乙醇胺或其任何組合。示意性的酰胺可包括,但不限于,乙酰胺,乙醯胺(ethanamide),雙氰胺,和類似物,或其任何組合。
在至少一個實例中,催化劑可以不含或者基本上不含任何金屬或金屬離子。換句話說,催化劑可以是含非金屬或非金屬離子的催化劑。基本上不含任何金屬或金屬離子的催化劑可以含有小于1wt%,小于0.5wt%,小于0.3wt%,小于0.2wt%,小于0.1wt%,小于0.7wt%,小于0.05wt%,小于0.3wt%,小于0.01wt%,小于0.007wt%,小于0.005wt%,小于0.003wt%,小于0.001wt%,小于0.0007wt%,或小于0.0005wt%,基于催化劑的總重量。
催化劑可以以寬泛的變化用量存在于反應(yīng)混合物內(nèi)。例如,反應(yīng)混合物可包括用量為約0.01wt%,約0.05wt%,約0.1wt%,約0.5wt%,約1wt%,或約1.5wt%至約30wt%,約40wt%,約50wt%,或約60wt%的催化劑,基于羥基苯化合物,醛化合物,溶劑,催化劑,和添加劑的結(jié)合重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括用量為約0.01wt%,約0.02wt%,約0.03wt%,約0.04wt%,約0.05wt%,約0.1wt%,約0.5wt%,約1wt%,約3wt%,或約5wt%至約45wt%,約55wt%,約65wt%,約70wt%,約75wt%,或約80wt%的催化劑,基于羥基苯化合物的重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括用量為約0.01wt%,約0.02wt%,約0.03wt%,或約0.04wt%至約40wt%,約50wt%,約60wt%,約70wt%,或約80wt%的催化劑,基于醛化合物的重量。在另一實例中,反應(yīng)混合物可包括用量為約0.01wt%,約0.02wt%,約0.03wt%,或約0.04wt%至約40wt%,約50wt%,約60wt%,或約70wt%的催化劑,基于羥基苯化合物和醛化合物的結(jié)合重量。
若本文中討論并描述的任何一種或多種組分包括兩種或更多種不同的化合物,則這兩種或更多種不同的化合物可相對于彼此以任何比值存在。例如,若羥基苯包括第一羥基苯化合物和第二羥基苯化合物,則羥基苯化合物可具有約0.1wt%至約99.9wt%的第一羥基苯化合物濃度,和相反約99.9wt%至約0.1wt%的第二羥基苯化合物,基于第一和第二羥基苯化合物的總重量。在另一實例中,第一羥基苯化合物的量可以是約5wt%,約10wt%,約15wt%,約20wt%,約25wt%約30wt%,約35wt%,約40wt%,或約45wt%至約60wt%,約65wt%,約70wt%,約75wt%,約80wt%,約85wt%,約90wt%,或約95wt%,基于第一和第二羥基苯化合物的總重量。當(dāng)醛化合物,羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,催化劑,溶劑和/或任何其他組分包括兩種或更多種不同化合物時,這兩種或更多種不同化合物可以以與第一和第二羥基苯化合物類似的用量存在。
若濕凝膠為整塊結(jié)構(gòu)形式,則該整塊結(jié)構(gòu)可以具有任何所需的形狀。典型地,整塊結(jié)構(gòu)可以具有在其內(nèi)生產(chǎn)或制造濕凝膠的反應(yīng)容器的形式或形狀。例如,若反應(yīng)容器具有直徑為約25cm的內(nèi)部圓柱體表面,則在反應(yīng)容器內(nèi)制造的該整塊濕凝膠可以是直徑為約25cm和高度對應(yīng)于或者取決于加入到該反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)物量的圓柱體形式。
若濕凝膠為整塊結(jié)構(gòu)形式,則該整塊結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)化成顆粒。例如,該整塊結(jié)構(gòu)可以研磨,短切,粉碎,磨碎,或者要么在其上作用,以提供多種微?;蝾w粒。因此,濕凝膠可以作為整塊結(jié)構(gòu)在反應(yīng)容器內(nèi)生產(chǎn)并原樣干燥或者在干燥之前?;蛘邼衲z可直接作為濕凝膠顆粒生產(chǎn)。
濕凝膠顆粒的平均截面長度可以是約0.1μm,約1μm,約100μm,約0.5mm,約1mm,約1.5mm,約2mm,約2.5mm,約3mm,約3.5mm,約4mm,約4.5mm,約5mm,約5.5mm,約6mm或更大。例如,濕凝膠顆粒的平均截面長度可以是約0.001mm,約0.01mm,約0.1mm,約0.5mm,約1mm,約1.5mm,約2mm,約2.5mm,約3mm,約3.5mm,或約4mm至約5mm,約7mm,約10mm,約12mm,約15mm,約18mm,約20mm,約25mm,約30mm或更大。在另一實例中,濕凝膠顆粒的平均截面長度可以是約1μm,約10μm,約50μm,約100μm,約200μm,約300μm,約500μm,約700μm,或約1,000μm至約1.1mm,約1.3mm,約1.5mm,約2mm,約3mm,約4mm,約5mm,約7mm,約10mm或更大。
已令人驚奇地且預(yù)料不到地發(fā)現(xiàn),至少使羥基苯化合物和醛化合物與羧酸,酸酐,均聚物和/或共聚物反應(yīng),和/或在羧酸,酸酐,均聚物和/或共聚物存在下至少使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng)可生產(chǎn)在真空下,在大氣壓下或者在比濕凝膠內(nèi)存在的任何溶劑的超臨界壓力低的壓力下可轉(zhuǎn)化成干凝膠產(chǎn)品的濕凝膠,以生產(chǎn)與不采用羧酸,酸酐,均聚物和/或共聚物制造的濕凝膠相比,具有一種或多種改進(jìn)性能的干凝膠產(chǎn)品。一種或多種改進(jìn)的性能可包括,但不限于,增加的孔體積,增加的平均孔度,增加的比表面積,降低的密度,或其任何組合。
本文中所使用的術(shù)語“干凝膠”是指在其內(nèi)具有一個或多個孔或孔隙且氣體占據(jù)或填充一個或多個孔或孔隙的聚合物鏈的網(wǎng)絡(luò)。該氣體可以是或者包括,但不限于,氧氣,氮氣,氬氣,氦氣,一氧化碳,二氧化碳,或其任何混合物。在至少一個具體實例中,占據(jù)或填充孔隙的氣體可以是或者包括空氣。類似于活性炭產(chǎn)品,干凝膠或干凝膠產(chǎn)品可以具有各種形式,例如薄膜,整塊,顆粒,粉末,薄片,棒材,復(fù)合材料,無孔,多孔,納米孔和類似形式。
可在比濕凝膠的孔或孔隙內(nèi)的液體的臨界壓力低的壓力下干燥濕凝膠。例如,若濕凝膠在其內(nèi)的孔或孔隙內(nèi)包括水,則在干燥過程中濕凝膠的壓力可以保持低于水的臨界壓力。與濕凝膠的孔或孔隙內(nèi)的特定液體無關(guān),可將濕凝膠置于在干燥過程中維持比二氧化碳臨界壓力(約7.38MPa)低的壓力下。濕凝膠可在小于5,000kPa,小于4,000kPa,小于3,000kPa,小于2,000kPa,小于1,000kPa,小于900kPa,小于800kPa,小于700kPa,小于600kPa,小于500kPa,小于400kPa,小于300kPa,小于200kPa,小于150kPa,小于125kPa,或小于100kPa的壓力下干燥。在至少一個實例中,可在大氣壓下干燥濕凝膠。在至少一個其他實例中,濕凝膠可在比大氣壓低的壓力下干燥。
可通過加熱濕凝膠到約5℃,約10℃,約15℃,約20℃,或約25℃,至約80℃,約90℃,約100℃,約150℃,約200℃,或約300℃的升高的溫度下,干燥濕凝膠。例如,可加熱濕凝膠到約5℃至約300℃,約10℃至約200℃,約15℃至約150℃,或約25℃至約100℃的溫度,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。在另一實例中,可加熱濕凝膠到大于25℃并小于300℃,小于250℃,小于200℃,小于150℃,小于100℃,或小于50℃的溫度,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。在另一實例中,可加熱濕凝膠到約5℃至約300℃的溫度,同時在大氣壓或者小于250kPa,小于200kPa,小于150kPa,或小于125kPa的壓力下,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。
當(dāng)加熱濕凝膠生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品時,可在約0.01℃/min,約0.5℃/min,約1℃/min,或約2℃/min,至約10℃/min,約15℃/min,約25℃/min,或約50℃/min的速率下加熱濕凝膠到升高的溫度。例如,可在約0.5℃/min至約50℃/min,約1℃/min至約25℃/min,約2℃/min至約15℃/min,或約3℃/min至約10℃/min的速率下加熱濕凝膠到升高的溫度。在另一實例中,可將濕凝膠直接置于爐內(nèi)或者提供已經(jīng)在高溫下的環(huán)境的其他加熱裝置內(nèi)。正因為如此,濕凝膠的溫度可以以接近無限的加熱速率增加。因此,濕凝膠的溫度可以以任何所需的速率增加。
可在升高的溫度下加熱濕凝膠約0.01hr,約0.5hr,約1hr,約2hr,或約3hr至約24hr,約48hr,約72hr,約144hr,約288hr或更長的時間段,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。例如,可經(jīng)約0.5hr至約72hr,約1hr至約48hr,約2hr至約24hr,約3hr至約12hr,或約4hr至約6hr的時間段加熱濕凝膠到高溫,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。在另一實例中,可經(jīng)約1hr至小于288hr,小于144hr,小于72hr,或小于48hr的時間段加熱濕凝膠到高溫,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。在另一實例中,可經(jīng)至少0.01hr,至少0.5hr,至少1hr,至少2hr,或至少3hr并小于288hr的時間段加熱濕凝膠到高溫,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。
可在任何所需的氛圍內(nèi)加熱濕凝膠。例如,可在惰性氣體氛圍,例如含有一種或多種惰性氣體的氛圍內(nèi)加熱濕凝膠。示意性的惰性氣體可包括,但不限于,氮氣,氬氣,氦氣,氖氣,或其任何混合物。在另一實例中,濕凝膠可以在空氣,富含氧氣的空氣(大于21vol%氧氣),或貧氧空氣(小于或等于21vol%氧氣)內(nèi)加熱濕凝膠。其他合適的氣體可包括,但不限于,二氧化碳,甲烷或其混合物。
干燥濕凝膠所使用的方法可以不具有任何溶劑交換。另一種方式表述,在沒有用不同液體首先替換該液體的情況下,可以除去在濕凝膠的孔或孔隙內(nèi)部的液體。一種常規(guī)的干燥方法可包括相比于水,用有機(jī)溶劑,例如丙酮替換濕凝膠的孔或孔隙內(nèi)部的水。在沒有經(jīng)歷任何液體交換(常常稱為“溶劑交換”)情況下,可以干燥本文中討論并描述的濕凝膠。
干凝膠產(chǎn)品的孔體積可以是約0.03cm3/g,約0.05cm3/g,約0.1cm3/g,約0.3cm3/g,或約0.5cm3/g至約1cm3/g,約1.5cm3/g,約2cm3/g,或約2.5cm3/g。例如,干凝膠產(chǎn)品的孔體積可以是至少0.1cm3/g,至少0.2cm3/g,至少0.25cm3/g,至少0.3cm3/g,至少0.35cm3/g,至少0.4cm3/g,至少0.45cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.55cm3/g,0.6cm3/g,至少0.65cm3/g,至少0.7cm3/g,至少0.75cm3/g,或至少0.8cm3/g至約0.9cm3/g,約0.95cm3/g,約1cm3/g,約1.05cm3/g,約1.1cm3/g,約1.15cm3/g,約1.2cm3/g,約1.25cm3/g,約1.3cm3/g,約1.35cm3/g,約1.4cm3/g,約1.45cm3/g,約1.5cm3/g,約1.6cm3/g,約1.7cm3/g,約1.8cm3/g,約1.9cm3/g,約2cm3/g,約2.1cm3/g,約2.2cm3/g,約2.3cm3/g,約2.4cm3/g,或約2.5cm3/g。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的孔體積可為約0.2cm3/g至約2cm3/g,約0.4cm3/g至約1.8cm3/g,約0.6cm3/g至約1.4cm3/g,約1cm3/g至約1.9cm3/g,或約0.3cm3/g至約1.7cm3/g??墒褂帽绢I(lǐng)域通常已知的氮氣吸附技術(shù),測量干凝膠產(chǎn)品活化的孔體積。
干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約0.5nm,約1nm,約1.5nm,約2nm,約5nm,約10nm,約15nm,約20nm,約25nm,約30nm,約25nm,約40nm,約45nm,約50nm,約51nm,約52nm,約53nm,約54nm,或約55nm至約80nm,約90nm,約100nm,約110nm,約120nm,約130nm,約140nm,約150nm,約200nm,約250nm,約300nm,約350nm,約400nm,約450nm,或約500nm。例如,干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是至少10nm,至少20nm,至少30nm,至少40nm,至少50nm,至少55nm,或至少60nm至約80nm,約90nm,約100nm,約110nm,約120nm,約130nm,約140nm,約150nm,約200nm,約250nm,約300nm,約350nm,約400nm,約450nm,或約500nm。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約1.5nm至約150nm,約10nm至約80nm,約30nm至約90nm,約80nm至約100nm??筛鶕?jù)Barret-Joyner-Halenda或"BJH"技術(shù)(如E.P.Barret,L.G.Joyner,和P.P.Halenda,J.Amer.Chem.Soc.,73,373(1951)中所描述),測量干凝膠產(chǎn)品的平均孔度。也可根據(jù)密度官能理論或"DFT"技術(shù)(如Colloid and Interface Science,第76-77卷,1998年7月,第203-226頁,P.I.Ravikovitch,G.L.Haller,和A.V.Neimark和C.Lastoski,K.E.Gubbins,和N.Quirke,J.Phys.Chem.,1993,97(18),第4786-4796頁中所描述),測量干凝膠產(chǎn)品的平均孔度。本文中提到的平均孔度,除非另有說明,是孔度分布曲線的峰值。
干凝膠產(chǎn)品的比表面積可以是約5m2/g,約10m2/g,約25m2/g,約50m2/g,約100m2/g,約200m2/g,約300m2/g,約400m2/g,約500m2/g,或約600m2/g至約700m2/g,約800m2/g,約900m2/g,約1,000m2/g,約1,100m2/g,約1,200m2/g,約1,300m2/g,約1,400m2/g,或約1,500m2/g。例如,干凝膠產(chǎn)品的比表面積可以是至少5m2/g,至少20m2/g,至少30m2/g,至少40m2/g,或至少50m2/g至約100m2/g,約400m2/g,約700m2/g,或約1,000m2/g。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的比表面積可以是約20m2/g至約700m2/g,約20m2/g至約400m2/g,約40m2/g至約90m2/g,約50m2/g至約100m2/g,或約60m2/g至約400m2/g。干凝膠產(chǎn)品的比表面積是指根據(jù)Brunauer-Emmett-Teller或"BET"技術(shù)(如S.Brunauer,P.H.Emmett,和E.Teller,J.Amer.Chem.Soc.,60,309(1938)中所描述)測量的干凝膠產(chǎn)品的總比表面積。BET技術(shù)使用惰性氣體,例如氮氣來測量在材料上吸附的氣體量且在本領(lǐng)域中常用于測定材料的可接近的表面積。
干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約10nm至約100nm,和孔體積為約0.2cm3/g至約2cm3/g。例如,干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約60nm至約120nm,約10nm至約80nm,或約80nm至約100nm,和孔體積為約0.3cm3/g至約1.8cm3/g,約0.2cm3/g至約2cm3/g,或約0.25cm3/g至約1.5cm3/g。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的孔度可以是至少10nm,至少30nm,至少50nm,或至少60nm至約80nm,約100nm,約125nm,或約150nm,和孔體積為至少0.4cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.6cm3/g,或至少0.7cm3/g至約1cm3/g,約1.2cm3/g,約1.5cm3/g,約1.8cm3/g,或約2cm3/g。
干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約10nm至約100nm,和比表面積為約5m2/g至約1,500m2/g。例如,干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約60nm至約120nm,約10nm至約80nm,或約80nm至約100nm,和比表面積為約20m2/g至約600m2/g,約20m2/g至約400m2/g,或約60m2/g至約450m2/g。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的孔度可以是至少10nm,至少30nm,至少50nm,或至少60nm至約80nm,約100nm,約125nm,或約150nm,和比表面積為至少5m2/g,至少10m2/g,至少15m2/g,至少20m2/g,至少40m2/g,或至少50,或至少60m2/g至約350m2/g,約400m2/g,約500m2/g,約600m2/g,約700m2/g,或約1,000m2/g。
干凝膠產(chǎn)品的比表面積可以是約5m2/g至約1,500m2/g,和孔體積為約0.2cm3/g至約2cm3/g。例如,干凝膠產(chǎn)品的比表面積可以是約20m2/g至約600m2/g,約20m2/g至約400m2/g,或約60m2/g至約450m2/g,和孔體積為約0.3cm3/g至約1.8cm3/g,約0.2cm3/g至約2cm3/g,或約0.25cm3/g至約1.5cm3/g。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的比表面積可以是至少5m2/g,至少20m2/g,至少40m2/g,或至少50m2/g,或至少60m2/g至約100m2/g,約400m2/g,約500m2/g,約600m2/g,約700m2/g,或約1,000m2/g,和孔體積為至少0.4cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.6cm3/g,或至少0.7cm3/g至約1cm3/g,約1.2cm3/g,約1.5cm3/g,約1.8cm3/g,或約2cm3/g。
干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約10nm至約100nm,比表面積為約5m2/g至約1,500m2/g,和孔體積為約0.2cm3/g至約2cm3/g。例如,干凝膠產(chǎn)品的平均孔度可以是約60nm至約120nm,約10nm至約80nm,或約80nm至約100nm,比表面積為約20m2/g至約600m2/g,約20m2/g至約400m2/g,或約60m2/g至約450m2/g,和孔體積為約0.3cm3/g至約1.8cm3/g,約0.2cm3/g至約2cm3/g,或約0.25cm3/g至約1.5cm3/g。在另一實例中,干凝膠產(chǎn)品的孔度可以是至少10nm,至少30nm,至少50nm,或至少60nm至約80nm,約100nm,約125nm,或約150nm,比表面積為至少5m2/g,至少20m2/g,至少40m2/g,或至少50m2/g,或至少60m2/g至約100m2/g,約400m2/g,約500m2/g,約600m2/g,約700m2/g,或約1,000m2/g,和孔體積為至少0.4cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.6cm3/g,或至少0.7cm3/g至約1cm3/g,約1.2cm3/g,約1.5cm3/g,約1.8cm3/g,或約2cm3/g。
干凝膠產(chǎn)品可原樣使用,或者可對干凝膠產(chǎn)品進(jìn)行碳化或熱解工藝,從干燥顆粒中除去至少一部分非碳組分,例如氫,氧,氮,和其他非碳原子。所得碳化或熱解的產(chǎn)品含有碳??墒褂萌魏螣峤夥āT谝粋€實例中,可將干凝膠產(chǎn)品置于旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)并在其內(nèi)加熱。熱解法可在惰性氛圍,例如氮氣,氬氣或其他惰性氣體或氣體混合物下進(jìn)行。熱解法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。合適的熱解法可包括在美國專利Nos.:4,873,218;4,997,804;5,124,364;和5,556,892中討論并描述的那些。類似于活性炭產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品可以具有各種形式,例如薄膜,整塊,顆粒,粉末,薄片,棒材,復(fù)合材料,無孔,多孔,納米孔和類似形式。
熱解的持續(xù)時間,例如干凝膠產(chǎn)品可維持在升高溫度下的時間段可以是約30s,約1min,約5min,約10min,約20min,或約30min至約1hr,約2hr,約3hr,約5hr,約7hr,約20hr或更長??赏ㄟ^加熱干凝膠產(chǎn)品到約500℃,約600℃,約700℃,約800℃,約900℃,或約1,000℃至約1,500℃,約1,700℃,約1,900℃,約2,100℃,約2,300℃或約2,400℃的溫度,熱解干凝膠產(chǎn)品。例如,熱解停留溫度可以是約500℃至約2,400℃,約600℃至約1,800℃,約600℃至約1,200℃,或約650℃至約1,100℃。
應(yīng)當(dāng)注意,若期望熱解產(chǎn)品,則可將濕凝膠直接加熱到熱解溫度。例如,可將濕凝膠置于爐子,烘箱或者其他加熱裝置內(nèi),并可經(jīng)所需的時間從室溫加熱到約500℃至約2,400℃的熱解溫度,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品。溫度猛變(ramp)速率可以與生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品所使用的溫度猛變速率相同或類似,其中包括直接放置濕凝膠在爐子或已經(jīng)加熱至高溫的其他環(huán)境內(nèi)。
可活化熱解產(chǎn)品?;罨噭?,活化時間,和/或活化溫度可影響所得活性炭材料的性能,及其制造成本。例如,增加活化溫度和活化停留時間可得到較高活化百分比的熱解產(chǎn)品,但與較低溫度和較短停留時間相比,也可相應(yīng)除去更多材料。正因為如此,較高的活化可增加最終活性炭的性能,但因減少總的碳化產(chǎn)品,它也可增加工藝成本。
在一個或多個實施方案中,該方法可進(jìn)一步包括結(jié)合一種或多種活化試劑與一種或多種濕凝膠產(chǎn)品,一種或多種整塊結(jié)構(gòu),一種或多種干凝膠或干凝膠產(chǎn)品,或一種或多種熱解產(chǎn)品(它可包括一種或多種熱解顆粒,一種或多種碳產(chǎn)品,和/或一種或多種熱解碳產(chǎn)品)。活化試劑可與熱解產(chǎn)品反應(yīng),以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。在一個實施方案中,該方法可包括活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品?;罨砂ㄔ谥辽俸幸环N或多種活化試劑的氛圍內(nèi),經(jīng)特定時間加熱熱解產(chǎn)品到特定溫度。示意性的活化試劑可包括二氧化碳,蒸汽,氧氣,臭氧或其混合物。
活化工藝可以是約1min至約2天,約5min至約1天,約1min至約18hr,約1min至約12hr,約5min至約8hr,約1min至約10min,或約1hr至約5hr。在一些實例中,含有活化試劑的氛圍可以維持在約10kPa至約1,000kPa,約50kPa至約200kPa,約75kPa至約150kPa,約90kPa至約110kPa,或約101kPa的壓力下。例如,含有活化試劑的氛圍可以在熱解產(chǎn)品上產(chǎn)生等于或低于大氣壓的壓力。在一些實例中,活化工藝可以在約500℃至約1,500℃,或約700℃至約1,200℃的溫度下。例如,可經(jīng)約0.5hr至約48hr加熱熱解產(chǎn)品到約700℃至約1,200℃的溫度。
在活化工藝的一個實例中,可稱重?zé)峤忸w粒,并將其置于旋轉(zhuǎn)窯內(nèi),并可設(shè)定自動氣體控制岐管和控制器到約20℃/min的猛變速率下。一旦實現(xiàn)合適的活化溫度,則可經(jīng)一個時間段引入二氧化碳到窯環(huán)境內(nèi)。在發(fā)生活化之后,二氧化碳可被氮氣替代,并可冷卻該窯??稍谠摴に囎詈蠓Q重回收的活化顆粒,以評估活化水平。其他活化工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的?;罨瘻囟瓤梢允羌s700℃,約800℃,約850℃,或約900℃至約1,100℃,約1,200℃,約1,300℃,或約1,500℃。例如,活化溫度可以是約800℃至約1,300℃,約900℃至約1,050℃,或約900℃至約1,000℃或約950℃至約1,050℃或約975℃至約1,025℃。
在一些實例中,可在含有二氧化碳的氛圍內(nèi),經(jīng)約0.5hr至約48hr加熱熱解產(chǎn)品到約500℃至約1,500℃或約700℃至約1,200℃的溫度。含有活化試劑的氛圍可以維持在約50kPa至約200kPa的壓力下。例如,含有活化試劑的氛圍可以對熱解產(chǎn)品產(chǎn)生等于或低于大氣壓的壓力。
在其他實施方案中,可通過在至少含有一種或多種惰性氣體的氛圍內(nèi),加熱熱解產(chǎn)品和至少一種活化試劑,以生產(chǎn)含有活化產(chǎn)品的活性炭混合物,從而活化熱解產(chǎn)品。在一個實施方案中,可結(jié)合熱解產(chǎn)品與至少一種活化試劑,生產(chǎn)活化混合物,所述活化混合物可任選地干燥,以生產(chǎn)干燥的活化混合物。可以在至少含有一種或多種惰性氣體的氛圍內(nèi),加熱活化混合物或干燥的活化混合物到約500℃至約1,500℃的溫度,以生產(chǎn)活性炭混合物。在一個實例中,在熱解產(chǎn)品活化,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品的過程中,該方法也可包括用酸性溶液處理該活化混合物和/或活性炭混合物,以生產(chǎn)處理過的活化混合物和/或處理過的活性炭混合物。處理過的活化混合物和/或處理過的活性炭混合物可用漂洗液體漂洗,例如用水,醇(例如甲醇),水和醇的混合物,有機(jī)溶劑,或其混合物漂洗,以生產(chǎn)漂洗過的活化碳混合物和/或漂洗過的活性炭混合物??筛稍锲催^的活化碳混合物和/或漂洗過的活性炭混合物,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
示意性的活化試劑可包括一種或多種氫氧化物,一種或多種碳酸鹽,一種或多種金屬鹵化物,一種或多種含磷的酸,一種或多種含硫的酸,它們的鹽,或其任何混合物。在一些實例中,活化試劑可包括堿金屬氫氧化物,堿土金屬氫氧化物,堿金屬碳酸鹽,堿土金屬碳酸鹽,碳酸,硫酸,磷酸,堿金屬磷酸鹽,堿土金屬磷酸鹽,次磷酸,堿金屬次磷酸鹽,堿土金屬次磷酸鹽,亞磷酸,堿金屬亞磷酸鹽,堿土金屬亞磷酸鹽,鹵化鈣,鹵化鋅,它們的鹽,它們的酸,或其任何混合物。在一些具體實例中,活化試劑可包括磷酸,碳酸鉀,氫氧化鉀,氯化鈣,氯化鋅,它們的鹽,它們的酸,或其任何混合物。
在一個或多個實施方案中,熱解產(chǎn)品與活化試劑的結(jié)合物或混合物可具有約1比約1(約1:1)或約1比約2(約1:2)的熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比(例如,熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比)。在一些實施方案中,熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比可以是約0.5至約5,約0.6至約4,約0.7至約3,約0.8至約3,約0.9至約3,約1至約3,約1至小于3,約1.1至小于3,約1.2至小于3,約1.3至小于3,約1.4至小于3,約1.5至小于3,約1.6至小于3,約1.7至小于3,約1.8至小于3,約1.9至小于3,約2至小于3,約2.1至小于3,約2.2至小于3,約2.3至小于3,約2.4至小于3,約2.5至小于3,約2.6至小于3,約2.7至小于3,約2.8至小于3,或約2.9至小于3。在其他實例中,熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比可以是約0.5至約2,約0.6至約2,約0.7至約2,約0.8至約2,約0.9至約2,約1至約2,約1.1至約2,約1.2至約2,約1.3至約2,約1.4至約2,約1.5至約2,約1.6至約2,約1.7至約2,約1.8至約2,或約1.9至約2。在其他實例中,熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比可以是約0.5至小于2,約0.6至小于2,約0.7至小于2,約0.8至約3,約0.9至小于2,約1至小于2,約1.1至小于2,約1.2至小于2,約1.3至小于2,約1.4至小于2,約1.5至小于2,約1.6至小于2,約1.7至小于2,約1.8至小于2,或約1.9至小于2。
可由在活化步驟過程中損失的熱解顆粒的質(zhì)量百分比,測量活化程度。活化程度可以是約1%,約5%,約10%,約20%,約30%,約40%,或約50%至約60%,約70%,約80%,約90%,約95%,或約99%。
可采用與測量干凝膠產(chǎn)品所使用的相同技術(shù),測量熱解產(chǎn)品和活性炭產(chǎn)品的孔體積,孔度,和比表面積。在一些實施方案中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是約0.03cm3/g,約0.05cm3/g,約0.1cm3/g,約0.3cm3/g,或約0.5cm3/g,約1cm3/g,約1.5cm3/g,約2cm3/g,約2.5cm3/g,約3cm3/g,約3.5cm3/g,約4cm3/g,約4.5cm3/g,約5cm3/g,約5.5cm3/g,約6cm3/g,約6.5cm3/g,約7cm3/g,約7.5cm3/g,約8cm3/g,約8.5cm3/g,約9cm3/g,約9.5cm3/g,或約10cm3/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是至少0.1cm3/g,至少0.2cm3/g,至少0.25cm3/g,至少0.3cm3/g,至少0.35cm3/g,至少0.4cm3/g,至少0.45cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.55cm3/g,0.6cm3/g,至少0.65cm3/g,至少0.7cm3/g,至少0.75cm3/g,至少0.8cm3/g,約0.9cm3/g,約0.95cm3/g,約1cm3/g,約1.05cm3/g,約1.1cm3/g,約1.15cm3/g,約1.2cm3/g,約1.25cm3/g,約1.3cm3/g,約1.35cm3/g,約1.4cm3/g,約1.45cm3/g,約1.5cm3/g,約1.6cm3/g,約1.7cm3/g,約1.8cm3/g,約1.9cm3/g,約2cm3/g,約2.1cm3/g,約2.2cm3/g,約2.3cm3/g,約2.4cm3/g,約2.5cm3/g,約2.6cm3/g,約2.7cm3/g,約2.8cm3/g,約2.8cm3/g,約2.9cm3/g,約3cm3/g,約3.1cm3/g,約3.2cm3/g,約3.3cm3/g,約3.4cm3/g,約3.5cm3/g,約3.6cm3/g,約3.7cm3/g,約3.8cm3/g,約3.8cm3/g,約3.9cm3/g,約4cm3/g,約4.1cm3/g,約4.2cm3/g,約4.3cm3/g,約4.4cm3/g,約4.5cm3/g,約4.6cm3/g,約4.7cm3/g,約4.8cm3/g,約4.8cm3/g,約4.9cm3/g,約5cm3/g,約5.1cm3/g,約5.2cm3/g,約5.3cm3/g,約5.4cm3/g,約5.5cm3/g,約5.6cm3/g,約5.7cm3/g,約5.8cm3/g,約5.8cm3/g,約5.9cm3/g,約6cm3/g,約6.1cm3/g,約6.2cm3/g,約6.3cm3/g,約6.4cm3/g,約6.5cm3/g,約6.6cm3/g,約6.7cm3/g,約6.8cm3/g,約6.8cm3/g,約6.9cm3/g,約7cm3/g,約7.1cm3/g,約7.2cm3/g,約7.3cm3/g,約7.4cm3/g,約7.5cm3/g,約7.6cm3/g,約7.7cm3/g,約7.8cm3/g,約7.8cm3/g,約7.9cm3/g,或約8cm3/g,或更大。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是約0.1cm3/g至約10cm3/g,約0.2cm3/g至約10cm3/g,約0.2cm3/g至約9cm3/g,約0.3cm3/g至約9cm3/g,約0.4cm3/g至約8cm3/g,約0.4cm3/g至約7cm3/g,約0.5cm3/g至約7cm3/g,約0.5cm3/g至約6cm3/g,或約0.5cm3/g至約5cm3/g。在一些實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是約0.5cm3/g至約8cm3/g,約1cm3/g至約8cm3/g,約1cm3/g至約7cm3/g,約1cm3/g至約6cm3/g,約1cm3/g至約5cm3/g,或約2cm3/g至約8cm3/g,約2cm3/g至約7cm3/g,約3cm3/g至約7cm3/g,或約4cm3/g至約8cm3/g。
在其他實施方案中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是約0.03cm3/g,約0.05cm3/g,約0.1cm3/g,約0.3cm3/g,或約0.5cm3/g至約1cm3/g,約1.5cm3/g,約2cm3/g,或約2.5cm3/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是至少0.1cm3/g,至少0.2cm3/g,至少0.25cm3/g,至少0.3cm3/g,至少0.35cm3/g,至少0.4cm3/g,至少0.45cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.55cm3/g,0.6cm3/g,至少0.65cm3/g,至少0.7cm3/g,至少0.75cm3/g,或至少0.8cm3/g至約0.9cm3/g,約0.95cm3/g,約1cm3/g,約1.05cm3/g,約1.1cm3/g,約1.15cm3/g,約1.2cm3/g,約1.25cm3/g,約1.3cm3/g,約1.35cm3/g,約1.4cm3/g,約1.45cm3/g,約1.5cm3/g,約1.6cm3/g,約1.7cm3/g,約1.8cm3/g,約1.9cm3/g,約2cm3/g,約2.1cm3/g,約2.2cm3/g,約2.3cm3/g,約2.4cm3/g,或約2.5cm3/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔體積可以是約0.2cm3/g至約2cm3/g,約0.4cm3/g至約1.8cm3/g,約0.6cm3/g至約1.4cm3/g,約1cm3/g至約1.9cm3/g,或約0.3cm3/g至約1.7cm3/g。
在一些實施方案中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度(APS)可以是約0.05nm,約0.06nm,約0.07nm,約0.08nm,約0.09nm,約0.095nm,約0.1nm,約0.2nm,約0.3nm,約0.4nm,約0.5nm,約0.6nm,約0.7nm,約0.8nm,約0.9nm,約0.95nm,約1nm,約1.5nm,約2nm,約5nm,約10nm,約15nm,約20nm,約25nm,約30nm,約25nm,約40nm,約45nm,約50nm,約51nm,約52nm,約53nm,約54nm,或約55nm至約80nm,約90nm,約100nm,約110nm,約120nm,約130nm,約140nm,約150nm,約200nm,約250nm,約300nm,約350nm,約400nm,約450nm,或約500nm。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是至少約0.05nm,約0.06nm,約0.07nm,約0.08nm,約0.09nm,約0.095nm,約0.1nm,約0.2nm,約0.3nm,約0.4nm,約0.5nm,約0.6nm,約0.7nm,約0.8nm,約0.9nm,約0.95nm,約1nm,約1.5nm,約2nm,約2.5nm,約3nm,約3nm,約5nm,約6nm,約7nm,約8nm,約9nm,約10nm,約15nm,至少20nm,至少30nm,至少40nm,至少50nm,至少55nm,或至少60nm至約80nm,約90nm,約100nm,約110nm,約120nm,約130nm,約140nm,約150nm,約200nm,約250nm,約300nm,約350nm,約400nm,約450nm,或約500nm。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約0.5nm至約150nm,約0.5nm至約100nm,約0.5nm至約50nm,約0.5nm至約10nm,約0.5nm至約9nm,約0.5nm至約8nm,約0.5nm至約7nm,約0.5nm至約6nm,約0.5nm至約5nm,約0.5nm至約4nm,約0.5nm至約3nm,約0.5nm至約2nm,約0.5nm至約1nm,約0.5nm至小于1nm,或約1nm至約100nm,約1nm至約50nm,約1nm至約10nm,約1nm至約9nm,約1nm至約8nm,約1nm至約7nm,約1nm至約6nm,約1nm至約5nm,約1nm至約4nm,或約2nm至約8nm,約3nm至約8nm,約4nm至約8nm,或約5nm至約8nm,或約2nm至約6nm,或約3nm至約6nm。
在其他實施方案中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約0.5nm,約1nm,約1.5nm,約2nm,約5nm,約10nm,約15nm,約20nm,約25nm,約30nm,約25nm,約40nm,約45nm,約50nm,約51nm,約52nm,約53nm,約54nm,或約55nm至約80nm,約90nm,約100nm,約110nm,約120nm,約130nm,約140nm,約150nm,約200nm,約250nm,約300nm,約350nm,約400nm,約450nm,或約500nm。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是至少0.5nm,至少1nm,至少1.5nm,至少2nm,至少5nm,至少10nm,至少20nm,至少30nm,至少40nm,至少50nm,至少55nm,或至少60nm至約80nm,約90nm,約100nm,約110nm,約120nm,約130nm,約140nm,約150nm,約200nm,約250nm,約300nm,約350nm,約400nm,約450nm,或約500nm。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約1.5nm至約150nm,約10nm至約80nm,約30nm至約90nm,約80nm至約100nm。
在一些實施方案中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積(SSA)可以是約5m2/g,約10m2/g,約25m2/g,約50m2/g,約100m2/g,約200m2/g,約300m2/g,約400m2/g,約500m2/g,或約600m2/g至約700m2/g,約800m2/g,約900m2/g,約1,000m2/g,約1,100m2/g,約1,200m2/g,約1,300m2/g,約1,400m2/g,約1,500m2/g,約1,600m2/g,約1,700m2/g,約1,800m2/g,約1,900m2/g,約2,000m2/g,約2,500m2/g,約3,000m2/g,約3,500m2/g,約4,000m2/g,約4,500m2/g,約5,000m2/g,約5,500m2/g,約6,000m2/g,約6,500m2/g,約7,000m2/g,約7,500m2/g,約8,000m2/g,約8,500m2/g,約9,000m2/g,約9,500m2/g,約10,000m2/g,或更大。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是至少100m2/g,至少150m2/g,至少200m2/g,至少250m2/g,至少300m2/g,或至少350m2/g至至少750m2/g,至少850m2/g,至少1,050m2/g,至少1,250m2/g,至少1,500m2/g,至少2,000m2/g,至少2,500m2/g,至少3,000m2/g,至少3,500m2/g,至少4,000m2/g,至少4,500m2/g,至少5,000m2/g,至少5,500m2/g,至少6,000m2/g,至少6,500m2/g,至少7,000m2/g,至少7,500m2/g,至少8,000m2/g,至少8,500m2/g,至少9,000m2/g,至少9,500m2/g,至少10,000m2/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是約100m2/g至約10,000m2/g,約100m2/g至約9,000m2/g,約100m2/g至約8,000m2/g,約100m2/g至約6,000m2/g,約100m2/g至約5,000m2/g,約100m2/g至約4,000m2/g,約100m2/g至約3,000m2/g,約100m2/g至約3,000m2/g,或約100m2/g至約1,000m2/g。
在其他實施方案中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是約5m2/g,約10m2/g,約25m2/g,約50m2/g,約100m2/g,約200m2/g,約300m2/g,約400m2/g,約500m2/g,或約600m2/g至約700m2/g,約800m2/g,約900m2/g,約1,000m2/g,約1,100m2/g,約1,200m2/g,約1,300m2/g,約1,400m2/g,或約1,500m2/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是至少150m2/g,至少200m2/g,至少250m2/g,至少300m2/g,或至少350m2/g至約750m2/g,約850m2/g,約1,050m2/g,或約1,250m2/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是約200m2/g至約1,000m2/g,約200m2/g至約800m2/g,約300m2/g至約550m2/g,約350m2/g至約600m2/g,或約400m2/g至約850m2/g。
熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約10nm至約100nm,和孔體積為約0.2cm3/g至約2cm3/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約60nm至約120nm,約10nm至約80nm,或約80nm至約100nm,和孔體積為約0.3cm3/g至約1.8cm3/g,約0.2cm3/g至約2cm3/g,或約0.25cm3/g至約1.5cm3/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔度可以是至少10nm,至少30nm,至少50nm,或至少60nm至約80nm,約100nm,約125nm,或約150nm,和孔體積為至少0.4cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.6cm3/g,或至少0.7cm3/g至約1cm3/g,約1.2cm3/g,約1.5cm3/g,約1.8cm3/g,或約2cm3/g。
熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約10nm至約100nm和比表面積為約5m2/g至約1,500m2/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約60nm至約120nm,約10nm至約80nm,或約80nm至約100nm和比表面積為約200m2/g至約1,000m2/g,約200m2/g至約800m2/g,或約400m2/g至約900m2/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔度可以是至少10nm,至少30nm,至少50nm,或至少60nm至約80nm,約100nm,約125nm,或約150nm,和比表面積為至少50m2/g,至少100m2/g,至少150m2/g,至少200m2/g,至少300m2/g,至少350m2/g,或至少400m2/g至約750m2/g,約800m2/g,約900m2/g,約1,000m2/g,約1,100m2/g,或約1,250m2/g。
熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是約5m2/g至約1,500m2/g,和孔體積為約0.2cm3/g至約2cm3/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是約200m2/g至約1,000m2/g,約200m2/g至約800m2/g,或約400m2/g至約900m2/g,和孔體積為約0.3cm3/g至約1.8cm3/g,約0.2cm3/g至約2cm3/g,或約0.25cm3/g至約1.5cm3/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的比表面積可以是至少150m2/g,至少200m2/g,至少300m2/g,至少350m2/g,或至少400m2/g至約750m2/g,約800m2/g,約900m2/g,約1,000m2/g,約1,100m2/g,或約1,250m2/g,和孔體積為至少0.4cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.6cm3/g,或至少0.7cm3/g至約1cm3/g,約1.2cm3/g,約1.5cm3/g,約1.8cm3/g,或約2cm3/g。
熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約10nm至約100nm,比表面積為約5m2/g至約1,500m2/g,,和孔體積為約0.2cm3/g至約2cm3/g。例如,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的平均孔度可以是約60nm至約120nm,約10nm至約80nm,或約80nm至約100nm,比表面積為約200m2/g至約1,000m2/g,約200m2/g至約800m2/g,或約400m2/g至約900m2/g,,和孔體積為約0.3cm3/g至約1.8cm3/g,約0.2cm3/g至約2cm3/g,或約0.25cm3/g至約1.5cm3/g。在另一實例中,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的孔度可以是至少10nm,至少30nm,至少50nm,或至少60nm至約80nm,約100nm,約125nm,或約150nm,比表面積為至少150m2/g,至少200m2/g,至少300m2/g,至少350m2/g,或至少400m2/g至約750m2/g,約800m2/g,約900m2/g,約1,000m2/g,約1,100m2/g,或約1,250m2/g,,和孔體積為至少0.4cm3/g,至少0.5cm3/g,至少0.6cm3/g,或至少0.7cm3/g至約1cm3/g,約1.2cm3/g,約1.5cm3/g,約1.8cm3/g,或約2cm3/g。
在一個或多個實施方案中,可結(jié)合一種或多種改性劑或復(fù)合材料與該反應(yīng)混合物,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,和/或熱解產(chǎn)品。本文中所使用的術(shù)語“改性劑”和“復(fù)合材料”是指可改性濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,和/或熱解凝膠的一種或多種性能的任何化學(xué)元素或含化學(xué)元素的化合物,或者不同化學(xué)元素和/或化合物的任何組合。改性劑可改變(增加或降低)濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,和/或熱解凝膠的電阻,電容,動力性能,組成,穩(wěn)定性和其他性能。在本發(fā)明公開內(nèi)容的上下文中的改性劑的實例可包括,但不限于,周期表第12-15族的元素,其他元素,例如硫,鎢和銀及其組合或混合物,和含這些元素的化合物或氧化物。例如,改性劑可包括,但不限于,鉛,錫,銻,鉍,砷,鎢,銀,鋅,鎘,銦,鐵,硫,鈷,鎳,溴,氯,釕,銠,鉑,鈀,鋯,金,其氧化物,其任何合金,或其任何混合物。
改性劑在反應(yīng)混合物和/或濕凝膠內(nèi)的存在量可以是約0.01wt%,約0.5wt%,約1wt%,約2wt%,或約3wt%至約30wt%,約50wt%,約70wt%,約90wt%,或約95wt%,基于反應(yīng)混合物內(nèi)羥基苯化合物,醛化合物,添加劑和改性劑的結(jié)合重量。例如,改性劑在反應(yīng)混合物和/或濕凝膠內(nèi)的存在量可以是約0.01wt%至約90wt%,約1wt%至約70wt%,約2wt%至約50wt%,約3wt%至約30wt%,或約4wt%至約25wt%,基于反應(yīng)混合物內(nèi)羥基苯化合物,醛化合物,添加劑和改性劑的結(jié)合重量。類似地,改性劑在反應(yīng)混合物和/或濕凝膠內(nèi)的存在量可以是約0.01wt%,約0.5wt%,約1wt%,約2wt%,或約3wt%至約30wt%,約50wt%,約70wt%,約90wt%,或約95wt%,基于熱解產(chǎn)品或活性炭產(chǎn)品和改性劑的結(jié)合重量。例如,改性劑在熱解和/或活性炭產(chǎn)品內(nèi)的存在量可以是約0.01wt%至約90wt%,約1wt%至約70wt%,約2wt%至約50wt%,約3wt%至約30wt%,或約4wt%至約25wt%,基于熱解產(chǎn)品或活性炭產(chǎn)品和改性劑的結(jié)合重量。
在一個或多個實施方案中,可期望生產(chǎn)很少或者不具有金屬離子,例如硅,鈉,鐵,鋰,磷,鋁,砷,硼或鉀的濕凝膠和由其得到的干凝膠。諸如金屬原子和/或金屬離子之類的雜質(zhì)可借助若干可能的來源中的一種或多種以凝膠形式引入到聚合物顆粒內(nèi),所述可能的來源可包括,但不限于,催化劑的特定類型,從混合器和/或反應(yīng)器浸提到單體組分內(nèi),和/或在制造凝膠形式的聚合物顆粒之中和/或之后。因此,可選擇制造混合物所使用的材料,混合器的襯里內(nèi)表面或側(cè)壁,和/或其組件,例如攪拌器刀片,反應(yīng)器,和類似物,以便減少潛在或可能的污染。例如,取決于特定的金屬,金屬可浸提或者要么釋放金屬離子,所述金屬離子在其懸浮和/或乳液聚合過程中可能被引入到凝膠形式的聚合物顆粒內(nèi)。
在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品中一種或多種金屬原子,一種或多種金屬離子,或者一種或多種金屬原子和一種或多種金屬離子的組合的濃度可以是小于1wt%,小于0.9wt%,小于0.8wt%,小于0.7wt%,小于0.6wt%,小于0.5wt%,小于0.4wt%,小于0.3wt%,小于0.2wt%,小于0.15wt%,小于0.1wt%,小于0.7wt%,小于0.5wt%,小于0.3wt%,小于0.1wt%,小于0.09wt%,小于0.07wt%,小于0.05wt%,小于0.03wt%,小于0.01wt%,小于0.009wt%,小于0.007wt%,小于0.005wt%,小于0.003wt%,小于0.001wt%,小于0.0007wt%,或小于0.0005wt%,基于濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,和/或熱解產(chǎn)品的總重量??赏ㄟ^質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射或"PIXE",測量或測定在濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和活性炭產(chǎn)品內(nèi)存在的任何金屬原子和/或金屬離子的濃度。金屬原子和/或金屬離子和/或其他元素可以是或者包括原子數(shù)為11至92的元素。金屬原子和/或金屬離子和/或其他元素可以是或者包括原子數(shù)為3-5和11至92的元素。
在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有獨立地濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的原子數(shù)為3至5和/或11至92的任何一種或多種金屬原子(或金屬離子或其他元素)。例如,在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鈉。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鎂。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的硅。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的硫。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鈣。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鐵。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鎳。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的銅。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鉻。在一個或多個實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可含有濃度小于1,000ppm,小于700ppm,小于500ppm,小于300ppm,小于100ppm,小于75ppm,小于50ppm,小于25ppm,小于10ppm,小于5ppm,或小于1ppm的鋅。在一些實施方案中,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品可具有諸如氫,氧和/或氮之類的雜質(zhì),且每一雜質(zhì)的濃度獨立地可以小于10%,小于9%,小于8%,小于7%,小于6%,小于5%,小于4%,小于3%,小于2%,小于1%,小于0.5%,小于0.1%,小于0.05%,或小于0.01%。
減少和/或消除濕凝膠,干凝膠,和/或熱解產(chǎn)品內(nèi)金屬或金屬離子污染的一種方式可以是由非反應(yīng)性或者非常低反應(yīng)性的材料,即與已知浸提金屬原子到反應(yīng)混合物內(nèi)的材料相比,具有降低的傾向浸提或者釋放金屬原子或離子到反應(yīng)混合物中的材料來構(gòu)造混合器和/或反應(yīng)器??赡苓m合于制造所使用的混合器和/或反應(yīng)器以生產(chǎn)濕凝膠的一些潛在的材料(它們也可輔助降低金屬或金屬離子污染物浸提或者要么從混合器和/或反應(yīng)器轉(zhuǎn)移到濕凝膠中)可包括,但不限于,金屬,玻璃,例如玻璃為襯里的容器,纖維增強的容器,例如,F(xiàn)RP(FRB,F(xiàn)RVE,或FRSVE),和二元層壓材料,例如PP/FRP,PVC/FRP,CPVC/FRP,PVDF/FRP,ECTFE/FRP,ETFE/FRP,FEP/FRP,和PFA/FRP,聚合物反應(yīng)器,例如聚四氟乙烯(PTFE),聚(全氟烷氧基)(聚-PFA),聚(氟化乙烯丙烯)(聚-FEP),其他聚(氟化亞烷基),聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),氯化聚(氯乙烯)(CPVC)。示意性的材料或金屬可包括,但不限于,鈷,鉻,鎢,碳,硅,鐵,錳,鉬,釩,鎳,硼,磷,硫,鈦,鋁,銅,鎢,其合金或其任何組合。例如,反應(yīng)器的一個或多個內(nèi)表面可以由鋼,例如不銹鋼,碳鋼,工具鋼,其合金或其任何組合制造。示意性鋼可包括,但不限于,A387級11低鉻鋼,304不銹鋼,316不銹鋼,和347不銹鋼。
在一個或多個實施方案中,可處理混合器和/或反應(yīng)器和/或其組件的表面,以減少金屬離子(或其他雜質(zhì))浸提或要么從表面轉(zhuǎn)移到濕凝膠上的可能性。可對金屬內(nèi)表面進(jìn)行鈍化工藝,以減少濕凝膠被金屬離子污染的可能性。例如,可對接觸懸浮液和/或乳液的混合器和/或反應(yīng)器的金屬表面進(jìn)行一個或多個處理工藝,例如滲碳,硼化和/或氮化處理。在另一實例中,可對混合器和/或反應(yīng)器的內(nèi)表面進(jìn)行酸洗工藝。酸洗工藝可包括處理金屬或其他表面,從亞鐵,銅和/或鋁金屬或合金中除去一種或多種雜質(zhì),例如一種或多種態(tài)(states),無機(jī)污染物,銹或垢??捎煤欣缫环N或多種酸的溶液或“酸浸液”處理表面。一種或多種酸可以是或者包括,但不限于,鹽酸,硫酸,硝酸,或其任何組合或混合物。
在一個或多個實施方案中,可在碳源存在下,加熱混合器和/或反應(yīng)器或其內(nèi)表面到比內(nèi)表面的熔點低,但足夠高到引起碳在內(nèi)表面的外層或表面,例如暴露于反應(yīng)混合物的層或表面內(nèi)沉積的溫度。任何合適形式的碳可用作碳源,例如含碳的氣體,液體,固體和/或等離子體。示意性的氣體可包括,但不限于,二氧化碳,甲烷,乙烷,丙烷或類似物。在另一實例中,可在硼源存在下加熱混合器和/或反應(yīng)器或/或其內(nèi)表面到充足的溫度,但比內(nèi)表面的熔點低,但足夠高到引起硼擴(kuò)散到表面內(nèi)并與材料形成硼化物。在再一實例中,可在氮源存在下加熱混合器和/或反應(yīng)器和/或其內(nèi)表面到充足的溫度,但比內(nèi)表面的熔點低,從而引起氮擴(kuò)散到表面內(nèi)并與材料形成氮化物??墒褂萌魏魏线m的工藝氮化混合器和/或反應(yīng)器和/或它的其他組件的內(nèi)表面。例如,可使用氣體氮化,液體或鹽浴氮化,和離子或等離子體氮化。在另一實例中,混合器和/或反應(yīng)器,和/或其內(nèi)表面可經(jīng)歷滲碳和氮化(“碳氮化(carbonitriding)”),其中碳和氮二者擴(kuò)散到其內(nèi)表面內(nèi)。對混合器和/或反應(yīng)器和/或其他組件和/或其內(nèi)表面進(jìn)行滲碳,硼化和/或氮化可減少或消除來自混合器和/或反應(yīng)器和/或它的其他組件的金屬離子或其他污染物可浸提或者要么從中轉(zhuǎn)移到反應(yīng)混合物和/或濕凝膠中的可能性。
在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒的平均截面長度可以是約0.1μm,約1μm,約10μm,約50μm,約75μm,大于或等于約0.1mm,大于或等于約0.5mm,大于或等于約1mm,大于或等于約1.5mm,大于或等于約2mm,大于或等于約2.5mm,大于或等于約3mm,大于或等于約3.5mm,大于或等于約4mm,大于或等于約4.5mm,大于或等于約5mm,大于或等于約5.5mm,或大于或等于約6mm。在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒的平均截面長度可以是約0.1mm,約0.5mm,約1mm,約1.5mm,約2mm,約2.5mm,約3mm,約3.5mm,或約4mm至約5mm,約7mm,約10mm,約12mm,約15mm,約18mm,約20mm,約25mm,或約30mm。在一個或多個實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒的平均截面長度可以是約1μm,約10μm,約50μm,約100μm,約200μm,約300μm,約500μm,約700μm,或約1,000μm至約1.1mm,約1.3mm,約1.5mm,約2mm,約3mm,約4mm,約5mm,約7mm,或約10mm。
若在制造濕凝膠中使用改性劑,則可在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后在孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部和/或在顆粒表面上引入改性劑,或者以許多其他方式任何一種引入。例如,在一些實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒可包括在其表面上至少一部分的改性劑涂層。在一些實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒可包括大于或等于約100ppm的改性劑。
可通過在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后顆粒內(nèi)的改性劑量來至少部分改性在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后顆粒的性能。因此,在一些實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆??砂ㄖ辽?.1%,至少0.25%,至少0.5%,至少1%,至少5%,至少10%,至少25%,至少50%,至少75%,至少90%,至少95%,至少99%或至少99.5%的改性劑。例如,在一些實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆??砂s0.5%和99.5%的碳和約0.5%和99.5%的改性劑。以重量百分比(wt%)為基礎(chǔ)計算改性劑的百分比。在一些其他的更具體的實施方案中,改性劑可選自鐵,錫,鎳,和錳。
在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒中的總灰分含量在一些情況下可對在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒的性能產(chǎn)生影響。因此,在一些實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒中的灰分含量可以是約0.1%至約0.001%重量百分比的灰分。例如,在一些具體的實施方案中,在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的顆粒中的灰分含量可以小于0.1%,小于0.08%,小于0.05%,小于0.03%,小于0.025%,小于0.01%,小于0.0075%,小于0.005%或小于0.001%。
“灰分含量”是指在物質(zhì)置于高的分解溫度下之后殘留的不揮發(fā)的無機(jī)物。本文中碳材料的灰分含量,例如在干燥之后,在熱解之后,和/或在活化之后的聚合物顆粒可由根據(jù)質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射測量的總PIXE雜質(zhì)含量來計算,假設(shè)不揮發(fā)元素完全轉(zhuǎn)化成預(yù)期的燃燒產(chǎn)物(例如,氧化物)。
至少部分取決于濕凝膠,濕凝膠本身,干凝膠產(chǎn)品的最終用途,可在一種或多種應(yīng)用中使用熱解之后的凝膠,活化之后的凝膠,或者濕凝膠、干凝膠、熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品的組合。濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品和/或活性炭產(chǎn)品可在其內(nèi)使用的示意性的應(yīng)用可包括,但不限于,絕緣,諸如在電容器、電池和燃料電池內(nèi)的能量,諸如在藥物傳輸中的藥物,諸如在氫或其他燃料儲存中的運輸,傳感器,運動,催化劑,危險廢水處理,催化劑載體,吸附劑,電介質(zhì),阻抗匹配器(impedance matcher),檢測器,過濾,離子交換,高能物理應(yīng)用,廢物管理,例如廢流體和/或廢氣的吸附,等。正因為如此,濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,活性炭產(chǎn)品,或者濕凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的組合可單獨和/或作為系統(tǒng),裝置或其他結(jié)構(gòu)的組件使用。
濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的一種最終用途可包括將干凝膠產(chǎn)品引入到復(fù)合木材產(chǎn)品內(nèi)部和/或其上。示意性的復(fù)合木材產(chǎn)品可包括,但不限于,刨花板,諸如中密度纖維板("MDF")和/或高密度纖維板("HDF")之類的纖維板,壓片板(waferboard),定向刨花板膠合板("OSB"),膠合板,單板層積材("LVL"),貼板("LVB"),工程木地板和類似物。
濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的另一最終用途可包括將干凝膠產(chǎn)品引入到玻璃纖維產(chǎn)品內(nèi)部和/或其上。本文中所使用的術(shù)語“纖維”,“纖維的”,“纖維玻璃”,“玻璃纖維”和類似術(shù)語可互換使用,且是指具有顯示出長徑比(長度比厚度)大于100,通常大于500,和常常大于1,000的伸長形貌的材料。確實,超過10,000的長徑比是可能的。合適的纖維可以是玻璃纖維,天然纖維,合成纖維,礦物纖維,陶瓷纖維,金屬纖維,碳纖維,或其任何組合。示意性的玻璃纖維可包括,但不限于,A-型玻璃纖維,C-型玻璃纖維,E-型玻璃纖維,S-型玻璃纖維,ECR-型玻璃纖維,羊毛玻璃纖維,及其任何組合。本文中所使用的術(shù)語“天然纖維”是指從植物的任何部位中提取的植物纖維,所述植物的部位包括,但不限于,莖,種子,葉子,根或韌皮部。示意性的天然纖維可包括,但不限于,棉,黃麻,竹子,苧麻,甘蔗渣,大麻,椰子殼,亞麻,洋麻,劍麻,胡麻,龍舌蘭及其任何組合。示意性的合成纖維可包括,但不限于,合成聚合物,例如聚酯,聚酰胺,芳族聚酰胺,及其任何組合。在至少一個具體的實施方案中,纖維可以是玻璃纖維,所述玻璃纖維是濕用短切玻璃纖維("WUCS")。可通過本領(lǐng)域已知的常規(guī)工藝,形成濕用短切玻璃纖維。WUCS的含濕量可以是約5%,約8%,或約10%至約20%,約25%,或約30%。
可使用玻璃纖維產(chǎn)品本身或者將其引入到各種產(chǎn)品內(nèi)。例如,玻璃纖維產(chǎn)品可原樣使用或者引入到絕緣棉絮(insulation batt)或卷材,復(fù)合地板,瀝青屋頂瓦(asphaltroofing shingle),墻板,石膏壁板,粗紗,用于印刷電路板的微玻璃-基基底,電池隔板,過濾母液(filter stock),帶材原料(tape stock),地毯墊面,商業(yè)和工業(yè)絕緣體內(nèi),并在磚石建筑用的水泥和非水泥涂層內(nèi)用作增強基布。
將濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品引入到復(fù)合木材產(chǎn)品和/或玻璃纖維產(chǎn)品內(nèi)和/或其上可增加該復(fù)合產(chǎn)品的隔熱和/或隔音性能。在一個或多個實施方案中,可將濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品粘附,膠合或者要么固定到復(fù)合木材產(chǎn)品或玻璃纖維產(chǎn)品的一個或多個表面上,提供隔熱和/或隔音產(chǎn)品。在另一實例中,可將濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品夾在木材基底或玻璃纖維的兩層或更多層之間,以生產(chǎn)含有濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的產(chǎn)品。例如,在膠合板的上下文中,可在飾面板的兩層之間夾有濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的層。
在制造含有干凝膠產(chǎn)品的產(chǎn)品中,可使用任何合適的粘合劑來粘結(jié)濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品到木材和/或玻璃纖維上。示意性的粘合劑可包括,但不限于,異氰酸酯樹脂,醛基樹脂,例如脲-甲醛,苯酚甲醛,三聚氰胺甲醛,苯酚-脲-甲醛樹脂,間苯二酚-甲醛樹脂,苯酚-間苯二酚-甲醛樹脂,和三聚氰胺-脲-甲醛樹脂,或其任何混合物。
將濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品引入到復(fù)合木材產(chǎn)品和/或玻璃纖維產(chǎn)品內(nèi)和/或其上可包括在材料的一個或多個片材或?qū)由瞎潭衲z,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品。示意性的材料片材可包括,但不限于,紙片,聚合物片材,紙張/聚合物片材,或其任何混合物。在另一實例中,將濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品引入到復(fù)合木材產(chǎn)品和/或玻璃纖維產(chǎn)品內(nèi)和/或其上可包括施加含有干凝膠產(chǎn)品的材料層或覆蓋層。例如,濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品顆粒可夾在兩層或更多層材料片材之間。具有至少第一外層和第二外層的片材材料以及濕凝膠,干凝膠,熱解產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的芯層的這一夾層可固定到復(fù)合木材產(chǎn)品和/或玻璃纖維產(chǎn)品的一個或多個外表面上,和/或?qū)⑵湟氲綇?fù)合木材產(chǎn)品和/或玻璃纖維產(chǎn)品內(nèi)。
所需產(chǎn)品和材料,例如濕凝膠,濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的另一最終用途可包括引入到可用于涂布表面的一種或多種液體內(nèi)。例如,可將濕凝膠,濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品引入到油漆內(nèi)。然后可施加油漆到墻壁或屋頂?shù)耐鈧?cè)面和/或內(nèi)側(cè)面或任何其他表面上,以提供含有濕凝膠,濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的涂布表面。
在一個或多個實施方案中,干凝膠,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的另一最終用途可以用于儲能裝置中。在一些實例中,具有干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的儲能裝置可以是電容大于120F/g,最大理論電容大于14F/cm3,和約45Hz的頻率響應(yīng)大于1。在其他實例中,具有干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的儲能裝置可以是電容大于110F/g,最大理論電容大于25F/cm3,和約45Hz的頻率響應(yīng)大于0.5。在一個或多個實施方案中,干凝膠產(chǎn)品,熱解產(chǎn)品,熱解碳產(chǎn)品,活化產(chǎn)品,和/或活性炭產(chǎn)品的另一最終用途可以用于吸附應(yīng)用和/或分離應(yīng)用中。
實施例
為了提供前述討論的更好理解,提供下述非限制性實施例。盡管實施例可涉及具體的實施方案,但它們并不被視為在任何具體的方面上限制本發(fā)明。所有份,比例,和百分比以重量計,除非另有說明。
實施例1-15
對于實施例1-15來說,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)苯酚-甲醛預(yù)聚物。將約520g苯酚和約465g甲醛(50wt%水溶液)加入到反應(yīng)器中,并加熱至約55℃的溫度。將約16g三乙胺加入到該反應(yīng)器中,并增加混合物的溫度至約78℃,并繼續(xù)混合物中各組分之間的反應(yīng),直到實現(xiàn)約60厘沲的粘度。冷卻該反應(yīng)混合物至約55℃,并蒸餾,提供約12%的含水量。進(jìn)一步冷卻該反應(yīng)混合物至約25℃,并命名為預(yù)聚物。
向該預(yù)聚物中添加適量的乙酸,馬來酸酐,乙二醇,PEG-PPG-PEG共聚物,檸檬酸,和/或間苯二酚,以生產(chǎn)反應(yīng)混合物。在下表1中示出了反應(yīng)混合物中每一組分相對于彼此的用量。在10L玻璃反應(yīng)器內(nèi),在攪拌下經(jīng)約5小時加熱反應(yīng)混合物至約85℃。冷卻該混合物至約55℃,并轉(zhuǎn)移到兩個2.5加侖的容器中。密封該容器和置于約70℃下的加熱烘箱中約48小時。然后經(jīng)約24小時,加熱密封的容器至約90℃并冷卻,以提供濕凝膠產(chǎn)品。
在空氣氛圍內(nèi),在約200℃的溫度下干燥濕凝膠約15小時,生產(chǎn)干凝膠。測量實施例1-3和5-10中干凝膠產(chǎn)品的比表面積(SSA),孔體積(PV),和孔度分布(PSD)。在氮氣氛圍下,在約900℃的溫度下,熱解實施例1-15中所有的干凝膠產(chǎn)品約2小時,生產(chǎn)熱解或碳產(chǎn)品。測量實施例1-15中熱解產(chǎn)品的比表面積(SSA),孔體積(PV),和孔度分布(PSD)。在下表2中示出了干凝膠產(chǎn)品和熱解產(chǎn)品的比表面積(SSA),孔體積(PV),和孔度分布(PSD)。
如上表2所示,可基于反應(yīng)混合物的特定組成,調(diào)節(jié)或微調(diào)干凝膠產(chǎn)品和熱解產(chǎn)品的物理性能。例如,在一些條件下,增加乙酸將增加平均孔度、孔體積和比表面積。
實施例16
在實施例16中,制造濕凝膠,并熱解,以生產(chǎn)由碳組成的熱解產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例1-15所描述的制備方法,制造預(yù)聚物。向約200g預(yù)聚物中添加含有約6g間苯二酚,約6g馬來酸酐,約10g檸檬酸,約10g聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)嵌段聚合物(也稱為PEG-PPG-PEG嵌段聚合物),約50g乙酸,和約50g乙二醇的混合物。將該混合物置于容器內(nèi),密封并在烘箱內(nèi)在約90℃下加熱約43小時。然后將所得濕凝膠置于管式爐內(nèi)并在氮氣氛圍下在約900℃的溫度下熱解約2小時。所得熱解產(chǎn)品的孔體積為約0.25cm3/g和平均孔度分布為約20nm。
實施例17
在實施例17中,制造含有金屬粉末的濕凝膠并熱解,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品。
實施例18-濕凝膠
在實施例18中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)濕凝膠。根據(jù)以上針對實施例1-15描述的制備方法,制造預(yù)聚物。將含有約1.4g馬來酸酐,約0.6g檸檬酸,約30.5g乙酸,和約2.3g PEG-PPG-PEG嵌段聚合物的混合物加入到約15.2g預(yù)聚物中。將該混合物置于容器內(nèi),密封并在烘箱內(nèi),在約85℃的溫度下加熱約48小時,生產(chǎn)濕凝膠。
實施例19-熱解的碳
在實施例19中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例18描述的制備方法,制造濕凝膠。將濕凝膠置于管式爐內(nèi),并在氮氣氛圍下,在約900℃的溫度下熱解約1小時。所得熱解產(chǎn)品的孔體積為約1.4cm3/g和平均孔度為約12nm。
實施例20-濕凝膠
在實施例20中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)濕凝膠。根據(jù)以上針對實施例1-15描述的制備方法,制造預(yù)聚物。將含有約2.6g馬來酸酐,約1.2g檸檬酸,和約17.3g乙酸的混合物加入到約28.9g預(yù)聚物中。將該混合物置于容器內(nèi),密封,并在烘箱內(nèi)在約85℃下加熱約48小時,生產(chǎn)濕凝膠。
實施例21-熱解的碳
在實施例21中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例20描述的制備方法,制備濕凝膠。將濕凝膠置于管式爐內(nèi),并在氮氣氛圍下在約900℃的溫度下熱解約1小時。所得熱解產(chǎn)品的孔體積為約0.5cm3/g和平均孔度為約5nm。
實施例22-40-通過二氧化碳來活化碳
在實施例22-40中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。對于實施例22-30來說,根據(jù)以上針對實施例19描述的制備方法,制造熱解碳產(chǎn)品。對于實施例31-40來說,根據(jù)以上針對實施例21描述的制備方法,制造熱解碳產(chǎn)品。將熱解碳產(chǎn)品置于管式爐內(nèi),并在二氧化碳的氛圍下在規(guī)定溫度下加熱下表3中列出的規(guī)定時間。測量實施例22-40中活性炭產(chǎn)品的比表面積(SSA),孔體積(PV),和平均孔度(APS)并列于下表3中。
實施例41A-72B-通過各種活化試劑,活化碳
在實施例41A-72B中,根據(jù)下述工序生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。對于實施例41A-68B來說,根據(jù)以上針對實施例19描述的制備方法,制造熱解碳產(chǎn)品。對于實施例69A-72B來說,根據(jù)以上針對實施例18描述的制備方法,制造濕凝膠。在實施例41A-72B中所使用的活化試劑是氫氧化鉀(KOH),碳酸鉀(K2CO3),氯化鈣(CaCl2),和磷酸(H3PO4),正如下表4中針對所列出的每一實施例具體地指定的。對于每一實施例41A-68B來說,在規(guī)定的重量比(熱解碳產(chǎn)品重量比活化試劑重量,在表4中以"C:AA"形式列出)下結(jié)合熱解碳產(chǎn)品和活化化學(xué)試劑,并攪拌,以生產(chǎn)混合物。對于每一實施例69A-72B來說,在規(guī)定的重量比(濕凝膠重量比活化試劑重量,在表4中也以"C:AA"形式列出)下結(jié)合濕凝膠和活化試劑,并攪拌,以生產(chǎn)混合物。在烘箱中加熱熱解的碳和活化試劑混合物(實施例41A-68B)與濕凝膠和活化試劑混合物(實施例69A-72B)直到干燥,通常在約50℃至約200℃(例如,約110℃)的溫度下約6hr至約48hr(例如,約18hr)。稱重每一干燥的混合物并將其置于樣品船內(nèi),然后置于管式爐內(nèi),并在氮氣氛圍下,在規(guī)定溫度下加熱規(guī)定時間,正如以下針對每一實施例41A-72B的表4中所列出的,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。對于實施例61A-64B來說,在維持樣品在約800℃下約4小時之前,樣品最初在約45分鐘的時間段內(nèi)猛變到約800℃的溫度。對于實施例65A-68B來說,在維持樣品在約800℃下約4小時之前,樣品最初在約160min的時間段內(nèi)猛變到約800℃的溫度。
對于"A"實施例(實施例41A-72A)來說,對樣品沒有進(jìn)行進(jìn)一步的處理。測量實施例41A-72A中活性炭產(chǎn)品的比表面積(SSA),孔體積(PV),和平均孔度(APS),正如以下列出并在表4中標(biāo)記為"未處理"。
對于"B"實施例(實施例41B-72B)來說,結(jié)合活性炭產(chǎn)品和鹽酸(當(dāng)量濃度為約0.1N至約1N HCl)并攪拌,直到充分混合,例如數(shù)分鐘。傾析該液體。隨后,添加去離子水到該活性炭產(chǎn)品中并置于超聲浴內(nèi)約10min至約30min(例如,約15min)。然后傾析該液體,并將新鮮去離子水加入到該活性炭產(chǎn)品中和接著另一次超聲處理。這一添加去離子水,超聲處理和傾析循環(huán)反復(fù)總計三個完整的循環(huán)。在燒結(jié)漏斗上,在真空下用新鮮去離子水漂洗該固體(例如,活性炭產(chǎn)品),直到洗出液的pH達(dá)到中性(例如,pH約7)。對于每一實施例41B-72B來說,在烘箱內(nèi)加熱濕的固體樣品,直到干燥,通常在約50℃至約200℃(例如,約110℃)的溫度下約6hr至約48hr(例如,約18hr)。
實施例73和74-吸附動力學(xué)實驗
對于實施例73來說,通過在容器內(nèi)結(jié)合下述組分,制備溶液:約100mL去離子水,約100ppm苯酚(基于去離子水),和約100mg根據(jù)以上針對實施例57B描述的制備方法制造的活化并處理過的碳產(chǎn)品。對于實施例74來說,通過在容器內(nèi)結(jié)合下述組分,制備溶液:約100mL去離子水,約100ppm苯酚(基于去離子水),和約100mg根據(jù)以上針對實施例39描述的制備方法制造的活化并處理過的碳產(chǎn)品。對于每一實施例73和74來說,將等分試樣的制備溶液在規(guī)定的時間間隔下注射到氣相色譜(GC)中,正如下表5針對每一等分試樣所列出的(樣品1-8)。所收集的GC光譜揭示了在每一規(guī)定的時間間隔下,每一等分試樣中游離苯酚(即,沒有被活性炭產(chǎn)品吸附的苯酚)的濃度。因此,相對于時間,在表5中列出的游離苯酚的下降百分比提供活性炭產(chǎn)品吸附游離苯酚的速率(例如,苯酚吸附動力學(xué))。
實施例75和76-吸附能力實驗
對于實施例75來說,通過在容器內(nèi)結(jié)合下述組分,制備溶液:約100mL去離子水,約500ppm苯酚(基于去離子水),和約100mg根據(jù)以上針對實施例57B描述的制備方法制造的活化并處理過的碳產(chǎn)品。對于實施例76來說,通過在容器內(nèi)結(jié)合下述組分,制備溶液:約100mL去離子水,約500ppm苯酚(基于去離子水),和約100mg根據(jù)以上針對實施例39描述的制備方法制造的活化并處理過的碳產(chǎn)品。對于每一實施例75和76來說,將等分試樣的制備溶液在規(guī)定的時間間隔下注射到GC中,正如下表6針對每一等分試樣所列出的(實施例75,樣品1-5;實施例76,樣品1-4)。所收集的GC光譜揭示了在每一規(guī)定的時間間隔下,每一等分試樣中游離苯酚(即,沒有被活性炭產(chǎn)品吸附的苯酚)的濃度。對于實施例75,樣品4來說,在約148mg/g下測量活性炭產(chǎn)品的最大苯酚吸附,和對于實施例76,樣品3來說,在約149mg/g下測量活性炭產(chǎn)品的最大苯酚吸附,其中吸附基于被每g活性炭產(chǎn)品所吸附的mg苯酚。
實施例77-濕凝膠
在實施例77中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)濕凝膠。根據(jù)以上針對實施例1-15描述的制備方法,制造預(yù)聚物。將含有約1.5g馬來酸酐,約1.5g間苯二酚,和約50g乙酸的混合物加入到約50g預(yù)聚物中。將該混合物置于容器內(nèi),密封,并在烘箱內(nèi)在約85℃下加熱約48小時,以生產(chǎn)濕凝膠。
實施例78-熱解的碳
在實施例78中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例77描述的制備方法,制造濕凝膠。將約15g濕凝膠加入到約150g在約95℃下預(yù)熱的Flint Hills Base Oil 100-HC中并攪拌。在形成樹脂顆粒之后,進(jìn)一步在約85℃下固化該混合物約4天。通過離心,從固體樣品中除去油。殘留的樹脂顆粒在約900℃下在氮氣下加熱約1小時,以生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。
實施例79-通過二氧化碳來活化碳
在實施例79中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例78描述的制備方法,制造熱解碳產(chǎn)品。將熱解碳產(chǎn)品置于管式爐內(nèi),并在二氧化碳的氛圍下在約900℃下加熱約2小時。
實施例80-濕凝膠
在實施例80中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)濕凝膠。根據(jù)以上針對實施例1-15描述的制備方法,制造預(yù)聚物。將含有約2.6g馬來酸酐,約1.2g檸檬酸,和約17.3g乙酸的混合物加入到約28.9g預(yù)聚物中。將該混合物置于容器內(nèi),密封,并在烘箱內(nèi)在約85℃下加熱約48小時,以生產(chǎn)濕凝膠。
實施例81-熱解的碳
在實施例81中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例80描述的制備方法,制造濕凝膠。在約95℃下,將約15g濕凝膠加入到約150g預(yù)熱的Flint Hills Base Oil 100-HC內(nèi)并攪拌。在形成樹脂顆粒之后,進(jìn)一步在約85℃下固化該混合物約4天。通過離心,從固體樣品中除去油。殘留的樹脂顆粒在約900℃下在氮氣下加熱約1小時,以生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。
實施例82-通過二氧化碳來活化碳
在實施例82中,根據(jù)下述工序,生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。根據(jù)以上針對實施例81描述的制備方法,制造熱解碳產(chǎn)品。將熱解碳產(chǎn)品置于管式爐內(nèi),并在二氧化碳的氛圍下在約900℃下加熱約15小時。
電化學(xué)測試(ECT)實驗
對實施例79和82提交ECT測試。測量ECT數(shù)據(jù),正如下表7中所列出的。以下提供了ECT方案。
ECT實驗
電極制造和硬幣電池組裝件
以92:3:5的比值共混碳與聚四氟乙烯帶材和導(dǎo)電性強化劑,然后輥壓成50微米厚的電極片材。從該片材(5/8")中“沖孔”出單獨的電極并分組成類似質(zhì)量的電極對。在氬氣氛圍的手套箱內(nèi),將硬幣電池(尺寸2325)與碳涂布的繼電器、乙腈電解質(zhì)、隔板(NKK)、電極、彈簧和墊片以及正和負(fù)帽(具有墊環(huán))一起組裝。使用VMP3機(jī)并根據(jù)以下描述的恒電流測試方案,測試所構(gòu)造的電池。
超級電容-恒電流試驗
這一方案被開發(fā)為在1mA,5mA,10mA,25mA,50mA,和100mA的不同電流速率下進(jìn)行的充電和放電試驗。這些電流值由3/4"硬幣電池計算,且可基于電池的足印面積量化。例如,對于尺寸為3.6cm x2.6cm的pouch電池電極來說,通過4mA(4mA,20mA,40mA,100mA,200mA,和400mA)的因子,計算電流速率。它是在硬幣電池體系中運行的超級電容器碳的基線試驗??墒褂眠@一試驗,在不同電流下計算電容和電阻。這一試驗包括下述順序:(1)順序1和2是調(diào)節(jié)順序;和(2)順序3至8是2.7V充電/放電順序。
選擇電壓和電流的這些數(shù)值的理由主要是因為滿足所需的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和因此使產(chǎn)品得到批準(zhǔn)。選擇2.7V和3V的電壓上限,以滿足商業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格。然而電壓下限略大于0伏特(0.1V),以避免因強制離子以相反方向轉(zhuǎn)移,使陽極和陰極極性改變。
基線試驗始于調(diào)節(jié),所述調(diào)節(jié)被設(shè)計為制備電池,以合適的定時方式完全充電和放電。通過調(diào)節(jié),離子被放置并遷移到碳表面結(jié)構(gòu)上和因此促進(jìn)充電與放電。
在開始調(diào)節(jié)之前,電池保持在開路電壓(OCV)下10秒。對于調(diào)節(jié)來說,分別對順序1和2,在1mA和10mA的電流速率下,對電池進(jìn)行充電到2.7V,保持2分鐘,和放電到0.1V的兩個序列。
在調(diào)節(jié)之后,開發(fā)基線試驗,計算電化學(xué)電池的電容和電阻。這些序列的充電/放電在不同的電流速率下,其中按序增加電流速率,以檢驗在不同條件下的電化學(xué)響應(yīng)。該試驗始于保持每一電池在OCV下10秒,然后在1mA的電流速率下充電至2.7V,保持2分鐘,并放電至0.1V。緊跟在序列3之后,電流速率從序列4至序列8從5mA分別增加到10mA,25mA,50mA,和100mA,且采用與序列3相同的方案,如圖1所示:序列3至8的恒電流試驗畫出電流-時間的圖。
超級電容-循環(huán)伏安法試驗
循環(huán)伏安法(CV)
使用CV試驗,分析電解質(zhì)擊穿,電壓窗,和電容。CV曲線的特征代表電極的離子傳導(dǎo)率和電化學(xué)性能。
根據(jù)CV試驗,由CV曲線下的面積,計算電容,其中電壓范圍為2.43V至1.89V,基于IUPAC標(biāo)準(zhǔn)(90%電壓上限和70%電壓下限)。對于較高電壓(大于3V)應(yīng)用來說,CV曲線將變形,因為電解質(zhì)降解和因此將不代表電容與ESR的真實值。該試驗始于20mV/s的掃描速率從0V到2.7V,并采用相同的掃描速率記錄下一循環(huán),但最多到3V。圖2描繪了根據(jù)循環(huán)伏安法實驗,對于2.7V和3V來說,電壓-時間的實驗圖表。該圖表示出了對于2.7V和3V來說,采用每1.5個循環(huán)的CV試驗。
電容(C)
電容計算基于對于每一放電循環(huán)來說的充電時間(從2.43V到1.89V)與放電電流(I)的乘積。然后,在0.5A/g的電流密度下考慮實際電容。公式是C=Δt0*I/ΔV0,該公式也遵照圖3的圖表,該圖表描繪了根據(jù)超級電容器設(shè)定曲線ΔV0,充電和放電循環(huán)的實驗曲線。
超級電容器的電容和電阻計算
IR下降(R1)
根據(jù)圖3所示的圖表,電壓變化(ΔV1)是用截止充電-電壓(V=2.7V)和放電曲線的切線與IR下降的起始電壓的垂直線的交點之差除以放電電流(I)。然后,在0.5A/g的電流密度下考慮實際測量值。公式為R1=ΔV1/I。
電壓松弛(R2)
基于圖3所示的圖表,電壓變化(ΔV2)是用截止放電-電壓和在5秒的開路電壓處的電壓之差除以放電電流。由0.5A/g的電流密度獲得實際計算值。公式為R2=ΔV2/I。
超級電容AC阻抗光譜法(EIS)
用于超級電容器的EIS試驗是:
·電壓設(shè)定為2V
·在不同頻率下,在2.005V至1.995V之間擾動電壓
·頻率從400kHz掃描到10mHz
·由這一數(shù)據(jù)生成Nyquist曲線和Bode曲線
-Nyquist曲線是在x-軸上的阻抗的實數(shù)部分和在y-軸上的阻抗的虛數(shù)部分
-Bode曲線是在x-軸上的頻率的對數(shù),在y1-軸上的阻抗的對數(shù),和在y2-軸上的相角
本發(fā)明公開內(nèi)容的實施方案進(jìn)一步涉及任何一個或多個下述段落:
1.一種活性炭產(chǎn)品的制造方法,該方法包括:結(jié)合羥基苯化合物,醛化合物,和溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物;使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物;結(jié)合該預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,其中添加劑包括羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物;使該預(yù)聚物和至少一種添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品;在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品;熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品;和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品,其中該活性炭產(chǎn)品具有選自下述中的至少一種性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
2.一種活性炭產(chǎn)品的制造方法,該方法包括:結(jié)合羥基苯化合物,醛化合物,和溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物;使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物;至少結(jié)合該預(yù)聚物,羧酸,和醛,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物;使該預(yù)聚物,羧酸,和醛反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品;干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品;熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品;和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品,其中該活性炭產(chǎn)品具有選自下述中的至少一種性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
3.一種活性炭產(chǎn)品的制造方法,該方法包括:結(jié)合溶劑,羥基苯化合物,醛化合物,和含羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物的添加劑,以生產(chǎn)反應(yīng)混合物;至少使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠;在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠;熱解該干凝膠,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品;和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品,其中該活性炭產(chǎn)品具有選自下述中的至少一種性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
4.一種活性炭產(chǎn)品的制造方法,該方法包括:結(jié)合羥基苯化合物,醛化合物,和溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物;使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物;結(jié)合該預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,其中添加劑包括羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物;使苯酚-甲醛預(yù)聚物和至少一種添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品;在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品;熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品;和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
5.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中活性炭產(chǎn)品的比表面積為約500m2/g至約5,000m2/g。
6.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中活性炭產(chǎn)品的孔體積為約0.5cm3/g至約8cm3/g。
7.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中活性炭產(chǎn)品的孔體積為大于1cm3/g至約6cm3/g。
8.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中活性炭產(chǎn)品的平均孔度為約2nm至約10nm。
9.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品進(jìn)一步包括在含活化試劑的氛圍內(nèi)加熱熱解產(chǎn)品到約500℃至約1,500℃的溫度。
10.根據(jù)段落9的方法,其中經(jīng)約0.5hr至約48hr加熱熱解產(chǎn)品到約700℃至約1,200℃的溫度。
11.根據(jù)段落9的方法,其中活化試劑包括二氧化碳,蒸汽,氧氣,臭氧,或其混合物。
12.根據(jù)段落9的方法,其中含活化試劑的氛圍維持在約50kPa至約200kPa的壓力下。
13.根據(jù)段落9的方法,其中含活化試劑的氛圍在熱解產(chǎn)品上產(chǎn)生等于或低于大氣壓的壓力。
14.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品進(jìn)一步包括:結(jié)合熱解產(chǎn)品和至少一種活化試劑,以生產(chǎn)活化混合物;干燥活化混合物,以生產(chǎn)干燥的活化混合物;和在含有惰性氣體的氛圍內(nèi),加熱干燥的活化混合物到約500℃至約1,500℃的溫度,以生產(chǎn)活化的碳混合物。
15.根據(jù)段落14的方法,其中活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品進(jìn)一步包括:用酸性溶液處理活化的碳混合物,以生產(chǎn)處理過的活化的碳混合物;用水漂洗處理過的活化的碳混合物,和干燥處理過的活化的碳混合物,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
16.根據(jù)段落14的方法,其中活化試劑包括氫氧化物,碳酸鹽,金屬鹵化物,含磷的酸,含硫的酸,它們的鹽,或其任何混合物。
17.根據(jù)段落14的方法,其中活化試劑包括堿金屬氫氧化物,堿土金屬氫氧化物,堿金屬碳酸鹽,堿土金屬碳酸鹽,碳酸,硫酸,磷酸,堿金屬磷酸鹽,堿土金屬磷酸鹽,磷酸,堿金屬亞磷酸鹽,堿土金屬亞磷酸鹽,次磷酸,堿金屬次磷酸鹽,堿土金屬次磷酸鹽,鹵化鈣,鹵化鋅,它們的鹽,它們的酸,或其任何混合物。
18.根據(jù)段落14的方法,其中活化試劑包括磷酸,碳酸鉀,氫氧化鉀,氯化鈣,氯化鋅,它們的鹽,它們的酸,或其任何混合物。
19.根據(jù)段落14的方法,其中以約1:1至約5:1的熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比,結(jié)合熱解產(chǎn)品與活化試劑。
20.根據(jù)段落14的方法,其中以約1:1至約2:1的熱解產(chǎn)品對活化試劑的重量比,結(jié)合熱解產(chǎn)品與活化試劑。
21.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,進(jìn)一步包括結(jié)合一種或多種活化試劑與濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠產(chǎn)品,或熱解產(chǎn)品,其中活化試劑與熱解產(chǎn)品反應(yīng),以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
22.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中至少一種添加劑包括羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物。
23.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐。
24.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐,和其中一種或多種羧酸包括乙酸和檸檬酸,和一種或多種酸酐包括馬來酸酐。
25.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐,和其中至少一種添加劑包括一種或多種均聚物或一種或多種共聚物。
26.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐,其中至少一種添加劑包括一種或多種均聚物或一種或多種共聚物,和其中一種或多種均聚物或一種或多種共聚物獨立地包括聚(乙二醇),聚(丙二醇),或其任何混合物。
27.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐,其中至少一種添加劑包括一種或多種均聚物或一種或多種共聚物,和其中至少一種添加劑包括聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)嵌段聚合物。
28.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐,其中至少一種添加劑包括一種或多種均聚物或一種或多種共聚物,和其中至少一種添加劑包括乙酸,檸檬酸,和馬來酸酐。
29.根據(jù)段落22的方法,其中至少一種添加劑包括一種或多種羧酸和一種或多種酸酐,其中至少一種添加劑包括一種或多種均聚物或一種或多種共聚物,和其中至少一種添加劑包括乙酸,檸檬酸,馬來酸酐,和聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)嵌段聚合物。
30.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中預(yù)聚物反應(yīng)混合物包括約50wt%至約90wt%的羥基苯化合物和約10wt%至約50wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物和醛化合物的結(jié)合重量。
31.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中濕凝膠反應(yīng)混合物包括約10wt%至約80wt%的苯酚-甲醛預(yù)聚物,最多約85wt%的羧酸,最多約20wt%的酸酐化合物,最多約30wt%的均聚物,和最多約30wt%的共聚物,其中濕凝膠反應(yīng)混合物包括約10wt%至約90wt%的添加劑,和其中所有重量百分比值基于羥基苯化合物,醛化合物,和一種或多種添加劑的結(jié)合重量。
32.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中熱解干凝膠產(chǎn)品以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品進(jìn)一步包括在含惰性氣體的氛圍內(nèi)加熱干凝膠產(chǎn)品到約500℃至約1,400℃的溫度。
33.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中在干燥以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品的過程中在濕凝膠產(chǎn)品上維持的壓力等于或低于大氣壓。
34.根據(jù)段落1-4任何一段的方法,其中干凝膠產(chǎn)品具有選自下述中的至少一種性能:比表面積為約50m2/g至約5,000m2/g,孔體積為約0.1cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.2nm至約150nm。
35.一種制造熱解碳產(chǎn)品的方法,該方法包括:結(jié)合羥基苯化合物,醛化合物,和溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物;使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物;結(jié)合該預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,其中添加劑包括羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物;使該預(yù)聚物和至少一種添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品;在比溶劑的臨界壓力低的壓力下干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品;和熱解干凝膠產(chǎn)品以生產(chǎn)熱解碳產(chǎn)品。
36.一種制造濕凝膠產(chǎn)品的方法,該方法包括:結(jié)合羥基苯化合物,醛化合物,和溶劑,生產(chǎn)預(yù)聚物反應(yīng)混合物,其中預(yù)聚物反應(yīng)混合物包括約50wt%至約90wt%的羥基苯化合物和約10wt%至約50wt%的醛化合物,基于羥基苯化合物和醛化合物的結(jié)合重量;使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物;結(jié)合該預(yù)聚物和一種或多種添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,其中濕凝膠反應(yīng)混合物包括約10wt%至約80wt%的預(yù)聚物,最多約85wt%的羧酸,最多約20wt%的酸酐化合物,最多約30wt%的均聚物,和最多約30wt%的共聚物,其中濕凝膠反應(yīng)混合物包括約10wt%至約90wt%的添加劑,和其中所有重量百分比值基于羥基苯化合物,醛化合物,和一種或多種添加劑的結(jié)合重量;和使苯酚-甲醛預(yù)聚物和一種或多種添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品。
37.根據(jù)段落36的方法,其中羥基苯化合物包括苯酚,間苯二酚,甲酚,兒茶酚,氫醌,間苯三酚,或其任何混合物。
38.根據(jù)段落36的方法,其中醛化合物包括甲醛,乙醛,丙醛,丁醛,糠醛,葡萄糖,芐醛,和肉桂醛,或其任何混合物。
39.一種活性炭產(chǎn)品,它包括:比表面積為至少3,050m2/g至約7,000m2/g;孔體積為約3cm3/g至約10cm3/g;和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
40.根據(jù)段落39的活性炭產(chǎn)品,其中比表面積為約3,200m2/g至約5,000m2/g。
41.根據(jù)段落39的活性炭產(chǎn)品,其中孔體積為約4cm3/g至約8cm3/g。
42.根據(jù)段落41的活性炭產(chǎn)品,其中孔體積為約5.01cm3/g至約8cm3/g,和比表面積為大于3,200m2/g至約5,000m2/g。
43.根據(jù)段落39的活性炭產(chǎn)品,其中平均孔度為約2nm至約10nm。
44.根據(jù)段落39的活性炭產(chǎn)品,其中活性炭產(chǎn)品包括至少99wt%的碳。
45.一種活性炭產(chǎn)品,包括:比表面積為至少2,500m2/g至約7,000m2/g;孔體積為約1cm3/g至約10cm3/g;和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
46.一種活性炭產(chǎn)品,包括:比表面積為至少3,050m2/g至約7,000m2/g;孔體積為約3cm3/g至約10cm3/g;和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
47.根據(jù)段落45或46的活性炭產(chǎn)品,其中比表面積為約3,200m2/g至約5,000m2/g。
48.根據(jù)段落45-47任何一段的活性炭產(chǎn)品,其中孔體積為約4cm3/g至約8cm3/g。
49.根據(jù)段落45-48任何一段的活性炭產(chǎn)品,其中孔體積為約5.01cm3/g至約8cm3/g,和比表面積為大于3,200m2/g至約5,000m2/g。
50.根據(jù)段落45-49任何一段的活性炭產(chǎn)品,其中平均孔度為約2nm至約10nm。
51.根據(jù)段落45-50任何一段的活性炭產(chǎn)品,其中:孔體積為約5.01cm3/g至約8cm3/g,比表面積大于3,200m2/g至約5,000m2/g,平均孔度為約2nm至約10nm,和活性炭產(chǎn)品的含碳量為至少99wt%。
52.一種活性炭產(chǎn)品的制造方法,該方法包括:在溶劑存在下,使羥基苯化合物和醛化合物反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物;結(jié)合該預(yù)聚物和添加劑,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,其中添加劑包括羧酸,酸酐,均聚物,共聚物,或其任何混合物;使該預(yù)聚物和添加劑反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品;在比溶劑的臨界壓力低的壓力下,干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品;熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品;和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品,其中該活性炭產(chǎn)品具有選自下述中的至少一種性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
53.根據(jù)段落52的方法,其中比表面積為約500m2/g至約5,000m2/g。
54.根據(jù)段落52或53的方法,其中孔體積大于1cm3/g至約6cm3/g。
55.根據(jù)段落52-54任何一段的方法,其中平均孔度為約2nm至約10nm。
56.根據(jù)段落52-55任何一段的方法,其中:比表面積為至少3,050m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約3cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
57.根據(jù)段落52-56任何一段的方法,其中:孔體積為約5.01cm3/g至約8cm3/g,比表面積大于3,200m2/g至約5,000m2/g,平均孔度為約2nm至約10nm,和活性炭產(chǎn)品的含碳量為至少99wt%。
58.根據(jù)段落52-57任何一段的方法,其中:在含活化試劑的氛圍內(nèi),經(jīng)約0.5hr至約48hr加熱熱解產(chǎn)品到約700℃至約1,500℃的溫度,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品,活化試劑包括二氧化碳,蒸汽,氧氣,臭氧,或其任何混合物,和含活化試劑的氛圍維持在約50kPa至約200kPa的壓力下。
59.根據(jù)段落52-58任何一段的方法,其中:結(jié)合熱解產(chǎn)品和活化試劑,以生產(chǎn)活化混合物,活化試劑包括氫氧化物,碳酸鹽,金屬鹵化物,含磷的酸,含硫的酸,它們的鹽,或其任何混合物,干燥該活化混合物,以生產(chǎn)干燥的活化混合物,和在含惰性氣體的氛圍內(nèi),加熱該干燥的活化混合物到約500℃至約1,500℃的溫度,以生產(chǎn)活性炭混合物。
60.根據(jù)段落52-59任何一段的方法,進(jìn)一步包括結(jié)合活化試劑與濕凝膠產(chǎn)品,干凝膠產(chǎn)品,或熱解產(chǎn)品,其中活化試劑與熱解產(chǎn)品反應(yīng),以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。
61.根據(jù)段落52-60任何一段的方法,其中溶劑包括水,一種或多種醇,一種或多種烷烴,一種或多種酮,一種或多種芳烴,或其任何混合物,和其中添加劑包括羧酸和酸酐。
62.根據(jù)段落52-61任何一段的方法,其中添加劑包括均聚物或共聚物。
63.根據(jù)段落52-62任何一段的方法,其中濕凝膠反應(yīng)混合物包括約10wt%至約80wt%的預(yù)聚物,最多約85wt%的羧酸,最多約20wt%的酸酐,最多約30wt%的均聚物,和最多約30wt%的共聚物,和約10wt%至約90wt%的添加劑,和其中所有重量百分比值基于羥基苯化合物,醛化合物,和添加劑的結(jié)合重量。
64.根據(jù)段落1-38或52-63任何一段的方法,其中羥基苯化合物包括苯酚,間苯二酚,或其混合物。
65.根據(jù)段落1-38或52-64任何一段的方法,其中醛化合物包括甲醛.
66.根據(jù)段落1-38或52-60,或62-65任何一段的方法,其中溶劑包括水,一種或多種醇,一種或多種烷烴,一種或多種酮,一種或多種芳烴,或其任何混合物。
67.根據(jù)段落1-38或52-60,或62-66任何一段的方法,其中溶劑包括水,甲醇,乙醇,丙醇,叔丁醇,己烷,庚烷,辛烷,壬烷,癸烷,丙酮,二苯甲酮,苯乙酮,2,2-二甲基-1,3-環(huán)戊二酮,四氫呋喃,苯,甲苯,二甲苯,乙苯,枯烯,均三甲苯,或其任何混合物。
68.根據(jù)段落1-38或52-67任何一段的方法,其中溶劑對預(yù)聚物反應(yīng)混合物內(nèi)的任何其他組分不具有反應(yīng)性。
69.根據(jù)段落1,2,4-38或52-68任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫下為液體形式。
70.根據(jù)段落1,2,4-38或52-69任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫下保持液體形式。
71.根據(jù)段落1,2,4-38或52-68任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫和大氣壓下為液體形式。
72.根據(jù)段落1,2,4-38或52-69任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫和大氣壓下保持液體形式。
73.一種活性炭產(chǎn)品的制造方法,該方法包括:在溶劑存在下,使羥基苯化合物和甲醛反應(yīng),以生產(chǎn)預(yù)聚物,其中羥基苯化合物包括苯酚,間苯二酚,或者苯酚和間苯二酚的混合物,和其中羥基苯化合物的存在量為約50wt%至約90wt%,和甲醛的存在量為約10wt%至約50wt%,基于羥基苯化合物和甲醛的結(jié)合重量;結(jié)合該預(yù)聚物,羧酸,和醛,生產(chǎn)濕凝膠反應(yīng)混合物,其中濕凝膠反應(yīng)混合物包括約10wt%至約80wt%的預(yù)聚物,最多約85wt%的羧酸,和最多約20wt%的酸酐,基于羥基苯化合物,甲醛,羧酸,和醛的結(jié)合重量;使該預(yù)聚物,羧酸,和酸酐反應(yīng),以生產(chǎn)濕凝膠產(chǎn)品;干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品;熱解干凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)熱解產(chǎn)品;和活化熱解產(chǎn)品,以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品,其中該活性炭產(chǎn)品具有選自下述中的至少一種性能:比表面積為約100m2/g至約7,000m2/g,孔體積為約0.2cm3/g至約10cm3/g,和平均孔度為約0.5nm至約150nm。
74.根據(jù)段落73的方法,其中:溶劑包括水,一種或多種醇,一種或多種烷烴,一種或多種酮,一種或多種芳烴,或其任何混合物,比表面積為大于3,200m2/g至約5,000m2/g,孔體積為約5.01cm3/g至約8cm3/g,平均孔度為約2nm至約10nm,和活性炭產(chǎn)品的含碳量為至少99wt%。
75.根據(jù)段落73或74的方法,其中在比溶劑的臨界壓力低的壓力下,干燥濕凝膠產(chǎn)品,以生產(chǎn)干凝膠產(chǎn)品。
76.根據(jù)段落73-75任何一段的方法,其中溶劑對預(yù)聚物反應(yīng)混合物內(nèi)的任何其他組分不具有反應(yīng)性。
77.根據(jù)段落73-76任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫下為液體形式。
78.根據(jù)段落73-77任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫下保持液體形式。
79.根據(jù)段落73-78任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫和大氣壓下為液體形式。
80.根據(jù)段落73-79任何一段的方法,其中預(yù)聚物在室溫和大氣壓下保持液體形式。
使用一組數(shù)值上限和一組數(shù)值下限,描述了某些實施方案和特征。應(yīng)當(dāng)理解,除非另有說明,涵蓋包括任何兩個數(shù)值的組合在內(nèi)的范圍,例如任何下限值與任何上限值的組合,任何兩個下限值的組合,和/或任何兩個上限值的組合。某些下限,上限和范圍在以下的一個或多個權(quán)利要求中出現(xiàn)。所有數(shù)值是所指值的“大約”或“近似”,并考慮了本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會預(yù)期到的實驗誤差和變化。
以上定義了各種術(shù)語。在以上沒有定義權(quán)利要求中所使用的術(shù)語情況下,應(yīng)當(dāng)給出在相關(guān)領(lǐng)域中的人員給予在至少一個印刷的出版物或授權(quán)專利中反映的該術(shù)語的最寬定義。此外,在本申請中引述的所有專利,試驗工序,和其他文獻(xiàn)通過參考全部引入,其程度使得這一公開內(nèi)容不與本申請沖突且在這種引入被允許的所有權(quán)限下。
盡管前面涉及本發(fā)明的實施方案,但在沒有脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下,可修正本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實施方案,且本發(fā)明的范圍通過隨后的權(quán)利要求確定。