动载后层理煤样微观孔径结构特征研究

为研究动载(冲击荷载作用)后煤样微观孔径结构变化规律及煤体结构异性对其微观孔径结构变化规律的影响,采用霍普金森试验系统(SHPB),对不同方向的煤样进行不同程度的冲击,并完成冲击前后煤样的低温液氮吸附试验,对比分析不同冲击荷载作用后的煤样微观孔径结构特征。结果表明:受冲击煤样的微小孔含量明显低于原煤样的,随着冲击荷载增大,微小孔含量逐渐减小;冲击荷载作用后,煤样微观孔径结构有从微孔向小孔,小孔向中大孔转化的趋势;随着冲击荷载增加,总孔容、比表面积和吸附量呈现逐渐减小的趋势,比表面积和吸附量与总孔容表现出较好的相关性;同种冲击荷载作用后,垂直层理方向煤样总孔容、比表面积以及吸附量均比平行层理方向的煤样高。     

具有大孔-介孔结构的磷酸钛的合成及溶菌酶吸附

以混合表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)合成了大孔-介孔结构磷酸钛,并利用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、氮气吸附等表征手段对所制备材料的结构、形貌进行表征.水/乙醇体系的样品具有大孔-介孔结构,比表面积为162 m2/g,且大孔-孔径为1~2 m.乙醇溶剂条件下样品以介孔结构存在,比表面积可以达到272 m2/g,孔容0.359 cm3/g,孔径3.7 nm.在不同的pH溶液中测试溶菌酶吸附性能,最大吸附量在等电点处(=25.94 mol/g),吸附等温线为典型的L型,表明磷酸钛是一种很好的蛋白质吸附剂.     

磷化氢在活性炭上的吸附及吸附等温线的预测

为回收工业废气中的PH3并资源化,通过容积法对比了2种活性炭在25℃下对PH3的饱和吸附容量,研究了不同温度下PH3气体在AC1上的等温吸附行为,利用Boehm滴定法测试了2种活性炭的表面酸性基团。结果表明,含酸性基团较多的AC1更有利于PH3的吸附,在实验条件范围内25℃、40℃、55℃、70℃下PH3在AC1上的饱和吸附容量分别为4.247 mg/g,2.750 mg/g,2.088 mg/g和1.527 mg/g。由Clausius-Clapeyron方程计算而得的等量吸附热很好地预测了各实验温度下的吸附等温线。PH3气体在AC1上的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明AC1表面能量的不均匀性。在实验条件下,PH3的等量吸附热小于30 kJ/mol,过程为物理吸附,便于PH3气体的解吸。     

膨胀石墨容积对甲醛气体吸附性能的影响

以不同粒径的天然鳞片石墨为原料,采用化学法经氧化插层、高温膨化,制备不同膨胀容积的膨胀石墨(Expanded graphite,EG).以扫描电子显微镜(SEM)和吸附仪(BET)来表征EG的孔结构、孔结构参数.结果表明: EG的膨胀容积随鳞片石墨粒度的增大而增大.EG对甲醛的吸附量随膨胀容积的增大先增加后减小,膨胀容积为500、420和200 mL/g的膨胀石墨对甲醛的吸附量分别为210、250和180 mg/g.     

基于吸附⁃水合法MIL⁃101(Cr)中甲烷储存特性研究

为了在温和条件下提高多孔介质中甲烷的储量,基于吸附⁃水合法研究了MIL⁃101(Cr)中甲烷的储存特性。首先制备了MIL⁃101(Cr)材料,然后对材料进行了表征,最后在271.15 K、0～7.0 MPa及不同含水量下进行了甲烷吸附实验。合成的材料颗粒大小均一,晶粒尺寸为100～150 nm,几乎不含杂质,孔径主要分布在1.7～3.6 nm。吸附实验结果表明,MIL⁃101(Cr)在含水情况下对甲烷的吸附量更高,且随着含水量的增加,甲烷的吸附量增大;多孔介质中水合物成核所需压力比自由体系水合物成核所需压力高,且含水量越大,临界压力越高;实验所用的MOF材料在多次再生后仍具有较好的吸附能力。研究结果对提高天然气的储量具有一定的意义。     

煤体孔径分布特征及其对瓦斯吸附的影响

利用N2和CO2吸附解吸实验,得到了6个矿井煤样的孔径分布特征,并根据吸附解吸实验曲线分析了不同煤样所含孔形状的差异.同时,对所选煤样进行瓦斯吸附实验,分析瓦斯吸附量随吸附压力的变化情况,以及瓦斯吸附能力与孔径分布的关系.根据工业分析和岩相分析结果,对煤样变质程度和水分含量对瓦斯吸附的影响进行了分析.结果表明:煤对气体的吸附量主要集中在微孔段,同时受到中孔的影响,朗缪尔体积受微孔和中孔分布的共同作用,而朗缪尔压力只与微孔有关.水分子与甲烷分子之间存在竞争吸附,水分的存在不利于瓦斯吸附.煤的变质程度与朗缪尔体积之间呈现"U"型曲线关系,而变质程度的增加使朗缪尔压力降低.在煤矿开采过程中,应当采取措施增大煤体孔隙,使微孔比例降低,促进煤层瓦斯的解吸.     

碱液处理对褐煤孔隙结构的影响

为降低褐煤吸水性,选用不同浓度氢氧化钠溶液处理煤样.应用氮气吸附法、扫描电子显微镜(SEM)等对处理前后煤样进行分析表征,探求不同浓度碱液处理对锡林浩特褐煤孔隙结构的影响.结果表明:氢氧化钠浓度低于0.05mol/L时,煤样比表面积与原煤相比有所增加,浓度继续增加则会减小;总孔体积在碱浓度低于0.01mol/L时稍有增加,之后均比原煤小,大于0.5mol/L时总孔体积不再大幅变化;在0.01～0.5mol/L时,随着氢氧化钠浓度增加,处理后煤样的孔隙分布在中、微孔各孔径区域内均逐渐减少,其大孔相应增加;吸脱附等温线解析结果表明,碱浓度在0.001～0.05mol/L时,对其孔形产生影响较小,在0.1～1mol/L时,较小孔径范围内开始出现开放性小孔,并形成裂缝形孔.     

渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层特征及甲烷吸附能力——以渝科1井和酉科1井为例

为探究渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层特征及甲烷吸附能力,对渝科1井和酉科1井钻遇的牛蹄塘组富有机质页岩进行采样;根据场发射扫描电镜的观察结果,以及全岩X线衍射矿物、有机碳质量分数、有机质成熟度、比表面积和孔径等测试结果,分析页岩的储层特征;采用CH4等温吸附法测定页岩甲烷吸附饱和吸附量并讨论其主控因素,采用NLDFT法和BJH法计算页岩孔隙体积.实验测试结果表明:牛蹄塘组页岩硅质矿物质量分数平均为54.60%,黏土矿物质量分数平均为34.80%,主要为伊利石,有机碳质量分数平均为2.46%,等效镜质体反射率平均为3.12%.在页岩孔隙体积(0.614~400.000nm)中,中孔体积占61.7%,微孔体积占23.4%,微孔体积贡献主要的比表面积.微孔和宏孔主要存在于有机质,有机碳质量分数是影响页岩甲烷吸附能力的最主要因素.有机质成熟度大于2.7%以后,有机质中微孔体积、中孔体积和宏孔体积的比例相对稳定,对页岩甲烷吸附能力影响不大.硅质矿物质量分数的增加在一定程度上减弱页岩对甲烷的吸附能力.有机组分对渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩吸附能力的评价至关重要,同时也应考虑无机矿物对页岩储层开发的影响.     

累托石层孔材料在废水处理中的应用研究(Ⅵ)--糖蜜废水的处理

用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)或四氯化钛与累托石进行交联改性制备累托石层孔材料,并用其吸附经预处理后的糖蜜废水.结果表明:当废水中CTMAB累托石层孔材料用量为50 g/L,pH= 3.0,常温吸附60 min时,COD去除率可达73.6%以上.吸附遵循Freundlish等温吸附式Γ=8.607Ce0.331,表观吸附速率常数K295=0.051 4 min-1;吸附热力学参数:ΔH= -7.732 kJ/mol,ΔG=-5.772 kJ/mol,ΔS= -6.112 J/(mol·K). 钛-累托石层孔材料对糖蜜废水吸附最佳pH值为10,用量为30 g/L,吸附1 h,其对废水中COD的吸附量可达27.6 mg/g; 钛-累托石层孔材料对糖蜜废水的吸附热力学参数为: ΔH = - 40.7 kJ/mol,ΔS= - 46.2 J/(mol·K),ΔG= - 26.93 kJ/mol.     

累托石层孔材料在废水处理中的应用研究(VI)——糖蜜废水的处理

用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)或四氯化钛与累托石进行交联改性制备累托石层孔材料,并用其吸附经预处理后的糖蜜废水.结果表明:当废水中CTMAB累托石层孔材料用量为50g/L,pH=3.0,常温吸附60min时,COD去除率可达73.6%以上.吸附遵循Freundlish等温吸附式Γ=8.607Ce0.331,表观吸附速率常数K295=0.0514min-1;吸附热力学参数:ΔH=-7.732kJ/mol,ΔG=-5.772kJ/mol,ΔS=-6.112J/(mol.K).钛累托石层孔材料对糖蜜废水吸附最佳pH值为10,用量为30g/L,吸附1h,其对废水中COD的吸附量可达27.6mg/g;钛累托石层孔材料对糖蜜废水的吸附热力学参数为:ΔH=-40.7kJ/mol,ΔS=-46.2J/(mol.K),ΔG=-26.93kJ/mol.     

基于氮吸附的水泥-沥青复合硬化体孔结构分析

水泥沥青砂浆是一种多相多孔的复合材料,其组分为水泥-沥青共同形成的复合胶凝体。为了解水泥沥青砂浆中的孔隙结构,应用低温氮吸附法分析了不同水泥-沥青质量比的水泥-沥青复合硬化体中BET比表面积、2～200nm孔分布随龄期的变化。测试结果显示:水泥-沥青复合硬化体的BET比表面积显著低于硅酸盐水泥石,随龄期增长而增大;在氮吸附法有效的孔径分析范围内(2～200nm),随龄期的增长,孔径50nm以下的孔数量增长显著,28d龄期CAB浆体的微分孔径分布曲线在5～7nm及20～50nm出现的分布峰,可分别归结于水化产物数量的增长及水化产物的填充作用;沥青含量对孔分布及孔结构形成有显著影响,随沥青含量的增大,复合硬化体的BET比表面积降低,小于50nm的孔数量减少。     

晋城无烟煤煤中CH4和CO2运移规律研究

基于三轴应力条件下,煤岩有效应力、吸附膨胀量和渗透率的一体测试,研究了晋城无烟煤吸附甲烷和二氧化碳后,渗透性随有效应力改变和煤岩吸附膨胀效应的变化规律.认为煤岩吸附膨胀量和孔隙压力的关系可用兰氏方程描述;煤岩渗透性同有效应力、吸附膨胀量均呈负指数函数关系,同时结果表明:甲烷和二氧化碳在晋城无烟煤中的扩散方式不同,煤岩对甲烷的吸附膨胀符合单孔气体扩散模型,而对二氧化碳的吸附膨胀符合双孔气体扩散模型,且甲烷的吸附膨胀速率小于二氧化碳的吸附膨胀速率;煤岩饱和吸附后,各孔隙压力条件下的初始渗透率与孔隙压力呈幂函数关系减小.针对晋城无烟煤,同等条件下煤岩吸附甲烷后的渗透率为吸附二氧化碳后渗透率的1.14～1.51倍,大部分在1.30倍左右.     

累托石层孔材料在废水处理中的应用研究（Ⅵ）——糖蜜废水的处理

用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)或四氯化钛与累托石进行交联改性制备累托石层孔材料,并用其吸附经预处理后的糖蜜废水.结果表明当废水中CTMAB累托石层孔材料用量为50 g/L,pH= 3.0,常温吸附60 min时,COD去除率可达73.6%以上.吸附遵循Freundlish等温吸附式Γ=8.607Ce0.331,表观吸附速率常数K295=0.051 4 min-1;吸附热力学参数ΔH= -7.732 kJ/mol,ΔG=-5.772 kJ/mol,ΔS= -6.112 J/(mol·K). 钛-累托石层孔材料对糖蜜废水吸附最佳pH值为10,用量为30 g/L,吸附1 h,其对废水中COD的吸附量可达27.6 mg/g; 钛-累托石层孔材料对糖蜜废水的吸附热力学参数为 ΔH = - 40.7 kJ/mol,ΔS= - 46.2 J/(mol·K),ΔG= - 26.93 kJ/mol.     

玉米多孔淀粉吸附性能研究

研究玉米多孔淀粉对次甲基蓝的吸附特性,借助于全自动气体吸附仪和分光光度计等仪器研究多孔淀粉的孔结构参数和对次甲基蓝色素的的吸附动力学特征,并建立多孔淀粉的等温吸附方程及其吸附速率方程.在柱吸附过程中,多孔淀粉吸附次甲基蓝的最佳吸附浓度为6×10-5mol/L,多孔淀粉对次甲基蓝的饱和吸附量为1.41 mg/g,且270 min达到饱和吸附量.结果表明,与原淀粉相比,多孔淀粉的比表面积、比孔容、孔径大小均增大,这说明多孔淀粉是良好的吸附载体,能够吸附更多功能性目的物质.     

污水污泥高温热解残渣孔隙结构特性分析

采用管式炉开展了不同含水量污水污泥高温热解制取残渣试验,通过ASAP 2020型物理吸附仪测定了污泥热解残渣的比表面积及孔隙结构特征,阐明了水的质量分数对污泥热解残渣微观孔隙结构的影响.研究显示:高温热解促使固相物质的孔隙结构充分发展,尤以2~10nm的中孔相对数量增加显著,3.75nm左右的孔隙所占比例出现峰值,热解残渣的孔容和BET比表面积显著增加;污泥中水的质量分数增加,污泥残渣的孔径分布更加均匀,中孔范围内的较大孔(>10nm)增多,则其残渣作为中孔范围内吸附剂可能性越大;BET比表面积、孔容、微孔比表面积和孔容均呈现先减小后增大再减小的过程.     

有序介孔碳的制备及吸附Cr（Ⅵ）性能比较

利用模板炭化法,以不同温度下合成的SBA-15为模板,制备3种具有不同孔径大小的介孔碳．研究并比较3种不同孔径的介孔碳材料对铬Cr（Ⅵ）的吸附能力．结果表明,介孔碳的投入量、pH值、振荡时间因素等均对铬Cr（Ⅵ）的吸附效果存在一定影响．研究显示：在3个介孔碳中,CMK-3-150对铬的吸附能力最大,可以达到99．2％;当pH=2．0—4．0时,介孔碳对Cr（Ⅵ）的吸附最有利,3个介孔碳吸附能力都超过90％;吸附量随着振荡时间的延长而增加．同时对介孔碳CMK-3-100与传统商用活性碳CAC对Cr（Ⅵ）的吸附性能进行比较,结果表明：与CAC相比,CMK-3吸附量大,吸附速率快,到达平衡时间短,是一种较优的吸附剂．     

不同煤体结构煤基活性炭微观结构与甲烷吸附性能

为探索新型煤基甲烷存储材料前驱体,采用碱活化法制备并酸化改性获得构造煤基/非构造煤基系列活性炭,借助低温氮吸附、红外光谱、Boehm滴定等技术表征了不同煤体结构原煤和煤基活性炭结构参数,并考察了孔隙结构和表面酸性基团对其甲烷吸附行为的影响。结果表明:构造煤基系列活性炭的比表面积和孔体积均大于相应非构造煤基,其甲烷吸附能力也相对较强;酸化改性作用使得活性炭表面主要酸性基团量增加,在改变其比表面积和孔体积的同时却明显抑制了甲烷吸附能力。鉴于酸性基团对煤基活性炭-甲烷吸附的抑制作用强于孔隙结构的促进作用,基于甲烷存储材料开发的构造煤基活性炭制备中应慎重引入酸性基团。     

不同粒径纳米氧化镁的标准摩尔生成焓的测定

通过对6种不同粒径的纳米氧化镁进行表征,确定了其形貌和粒径大小.根据盖斯定律设计热循环,用溶解热法测定并计算得到不同粒径的纳米氧化镁的标准摩尔生成焓分别为:ΔfHθm(MgO,100nm)=-(726.01±0.04)kJ/mol;ΔfHθm(MgO,90nm)=-(729.63±0.04)kJ/mol;ΔfHθm(MgO,70nm)=-(738.41±0.04)kJ/mol;ΔfHθm(MgO,60nm)=-(742.39±0.04)kJ/mol;ΔfHθm(MgO,40nm)=-(747.68±0.04)kJ/mol;ΔfHθm(MgO,20nm)=-(754.93±0.04)kJ/mol.结果表明,随着纳米氧化镁粒径的减小,标准摩尔生成焓减小,并满足二次函数关系:ΔfHθm/kJ·kmol-1=-759.846+0.242(r/nm)+0.001(r/nm)2.     

大孔径高比表面积介孔硅泡沫的制备和表征

以P123作为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,苯为微乳剂,采用溶胶-凝胶水热合成法制备了大孔径高比表面积介孔硅泡沫材料,采用小角X-射线衍射、透射电镜、扫描电镜以及N2物理吸附等表征手段进行表征,考察了苯的加入量对介孔硅泡沫孔结构的影响。结果表明,苯的引入可以使有序介孔硅的孔结构从SBA-15的二维六方形向介孔硅泡沫的三维泡沫状结构转变,加大苯的含量可以增大介孔硅泡沫的孔径和孔容。当苯与P123的质量比为2.0时为最佳值,此时得到的介孔硅泡沫材料泡沫状结构最规整、比表面积高且孔径孔容较大,其中表面积可达641.3cm2/g,球形孔孔径可以达到43.8nm,孔容2.41cm3/g,过量苯会导致三维泡沫状结构的破坏。     

膨胀石墨的饱和吸附量与微观结构的关系

采用不同的方法测定膨胀石墨对不同油质的饱和吸附量,来探讨膨胀石墨的结构与饱和吸附量的关系.由扫描电镜可知,膨胀石墨具有较大的比表面积,其孔结构是以中、大孔为主;蠕虫石墨的表面结构与其内部结构不同,其内部为典型的片层结构.通过观察石墨内部孔结构特征变化,可以分析膨胀石墨对油的去除效率以及影响因素.