[發(fā)明專利]一種碳-碳復(fù)合材料及其制備方法和在電解二氧化錳生產(chǎn)中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811121307.1
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109020596A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李擎;李武杰
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科嘉新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C25B1/21;C25B11/06
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明公開了一種碳?碳復(fù)合材料及其制備方法和在電解二氧化錳生產(chǎn)中的應(yīng)用。本發(fā)明的碳?碳復(fù)合材料，由碳短纖維、石墨粉和酚醛樹脂組成，石墨粉和酚醛樹脂填充在短切碳纖維間隙中，按質(zhì)量百分比計如下：碳短纖維20～60％，石墨粉10～20％，酚醛樹脂20～60％。本發(fā)明通過提高CVI熱解碳沉積形核點的方法，誘導(dǎo)熱解碳形核生長過程，制備改性的碳?碳復(fù)合材料，將其作為陰極用于電解二氧化錳的生產(chǎn)，相比采用銅陰極生產(chǎn)的電解二氧化錳，電催化效果和電化學(xué)性能得到了極大的提升，所得電解二氧化錳產(chǎn)品中的銅、鐵等雜質(zhì)顯著降低，而且產(chǎn)品將具有更小的比表面積和更均勻更致密的微觀結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別涉及一種碳-碳復(fù)合材料及其制備方法和在電解二氧化錳生產(chǎn)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳-碳復(fù)合材料即碳/碳復(fù)合材料，全稱為碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料(carbonfiber reinforced carbon matrix composites)，是一種以碳纖維制成骨架，液相浸漬或化學(xué)氣相沉積增碳等方法制備而成的碳-碳復(fù)合材料。碳-碳復(fù)合材料本身密度低，并具有高導(dǎo)熱性、高比強(qiáng)度比模量、低熱膨脹系數(shù)、耐燒蝕及耐熱沖擊等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于制作航天飛機(jī)領(lǐng)域的耐高溫、耐蝕、耐磨零部件。如今，隨著對碳-碳復(fù)合材料研究的不斷推進(jìn)，擴(kuò)大應(yīng)用于核能、化工、醫(yī)用、民品材料等多個新領(lǐng)域。在不同的使用環(huán)境下，對復(fù)合材料的要求不同。例如在高溫含氧環(huán)境下，碳-碳復(fù)合材料容易氧化燒蝕，需要做表面防氧化涂層處理。通過提高CVI熱解碳沉積形核點的方法，誘導(dǎo)熱解碳形核生長過程，制備改性的碳- 碳復(fù)合材料用于高性能電解二氧化錳的生產(chǎn)，相比采用銅陰極生產(chǎn)電催化效果和電化學(xué)性能得到了極大的提升，產(chǎn)品中的銅、鐵等雜質(zhì)含量由使用銅作為陰極材料時EMD產(chǎn)品1.5ppm的銅含量下降至0.5ppm的銅含量，雜質(zhì)含量顯著降低，而且產(chǎn)品將具有更小的比表面積和更均勻更致密的微觀結(jié)構(gòu)。

目前電解二氧化錳的生產(chǎn)工藝主要采用銅，石墨等析氫陰極進(jìn)行電解生產(chǎn)，槽電壓為2.5～4.0V，電流效率95％～98％。在酸性電解環(huán)境下，銅陰極容易被腐蝕，特別是停機(jī)時需要采用帶電保護(hù)，會吸附進(jìn)入陽極電解產(chǎn)品當(dāng)中，其含量高時可達(dá)到1.5ppm以上，如控制不當(dāng)，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)；同時銅陰極容易損壞，經(jīng)常要維修和更換，增加了生產(chǎn)成本。采用石墨制作電解MnO₂用的陰極材料時，由于石墨材料脆性高，容易破損和開裂，在使用過程中經(jīng)常被折斷，需要經(jīng)常性更換。而且，石墨陰極無法大型化應(yīng)用，只適合小型電解槽的生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳-碳復(fù)合材料及其制備方法和在電解二氧化錳生產(chǎn)中的應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種碳-碳復(fù)合材料，由碳短纖維、石墨粉和酚醛樹脂組成，石墨粉和酚醛樹脂填充在短切碳纖維間隙中，按質(zhì)量百分比計如下：碳短纖維80～90％，石墨粉10～19％，酚醛樹脂1～10％；或碳短纖維20～60％，石墨粉10～20％，酚醛樹脂20～60％。

上述的碳-碳復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)按上述質(zhì)量百分比分別稱取碳短纖維、石墨粉和酚醛樹脂，采用V型混料機(jī)混合1～3小時，制成均勻的混合料；

(2)在步驟(1)所得混合料中加入酒精，反復(fù)清洗、干燥2～3次后，裝入型模中；

(3)在120～170℃和20～30MPa下，將混合料在型模中溫壓壓制成型，以滿足電解二氧化錳生產(chǎn)用的陰極所需的尺寸和形狀；

(4)壓制坯體經(jīng)過碳化，CVI沉積以及高溫石墨化后，最終得到密度1.3 ～1.7g/cm³的碳-碳復(fù)合材料。