[发明专利]碳化物衍生碳生产中金属卤化物或类金属卤化物的高温气流的冷却/骤冷的方法

说明书

一种降低CDC生产中的冷凝器腐蚀的方法和装置，在冷凝器之前，通过将金属或类金属卤化物气流与液态冷却剂直接接触来对气流进行冷却/骤冷，而不使用温度范围在300℃以上的热交换器，同时保持金属卤化物或类金属卤化物气流的纯度。一种装置，所述装置包括：将碳化物转化为碳的反应器；以及用于收集副产的金属氯化物或类金属氯化物的冷凝器；所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元包括液态冷却剂的槽，进入冷凝器的气流的温度通过液态金属卤化物或液态类金属卤化物的汽化吸收的热量而降低，液态金属卤化物或液态类金属卤化物从液态冷却剂的槽通过供应泵、供应流量阀引入至反应器的出口处的气流中。

技术领域

本发明涉及微孔碳的先进生产方法。本文描述的装置和方法涉及气相流的冷却/骤冷，与从金属碳化物制造多孔碳和金属卤化物相关。更详细地，本文所述的装置和方法涉及通过直接接触的方式，来连续冷却/骤冷由金属碳化物制造多孔碳和金属卤化物过程中产生的气相。

背景技术

多孔碳材料可应用于能量存储、过滤和吸附过程。尤其是在能量存储和过滤应用中，此类材料的高比表面积引起了广泛关注。碳化物衍生碳(CDC)表示一类孔径分布窄、比表面积高的高性能微孔碳。CDC可以通过高温卤化的方式，将金属碳化物中的金属成分进行化学剥离，得到金属氯化物和微孔碳产物。

由于CDC是在从碳化物结构中提取非碳原子期间形成的，因此碳的精确纳米结构和特性显著取决于模板，即前驱体碳化物。可用于生产CDC的碳化物材料可为粉末、颗粒、或薄膜的形式。从结构次序的角度来看，前驱体碳化物可以是单晶、多晶、多孔或其他任何形态的生物形态碳化物。

从碳化物中提取非碳原子有多种方法；应用最广泛的方法是在高温下用卤素气体进行化学提取，如化学反应方程式1所示。

MC_x+y/2X₂ MX_y+xC 方程式1

在一个实施方案中，卤素气体是氯气(Cl₂)。根据氯化反应的质量平衡，来自不同碳化物的碳(CDC)的理论产率可在来源为碳化钼时约6％(重量)至来源于碳化硅时几乎30％(重量)的范围中。然而，碳化物氯化反应的主产物是形成的金属或类金属的氯化物(MCl_y)，如表1所示。

表1.氯化处理不同碳化物得到的产物(CDC和MCly)的相对重量分布