油页岩半焦与锯末混烧过程孔隙结构变化研究

利用氮等温吸附脱附法研究了燃烧过程对油页岩半焦和锯末混合物表面孔隙结构特性的影响,并应用分形维数来定量描述混合物表面形态的复杂程度。结果表明:混合物各个孔径范围内的孔体积较半焦明显减少,在失水段尤为明显,燃烧前期表面孔隙以中微孔为主,后期以中大孔和大孔为主;混合物的中微孔结构在挥发分燃烧阶段得到充分发展,比表面积在显著增大,对反应进程具有促进作用。通过FHH方程线性回归得到的分形维数反映出混合物内部孔隙的立体化程度比半焦更高,燃烧阶段化学反应及力学作用的交替影响,引起分形维数随温度而变化。     

热解温度和脱灰处理对褐煤半焦孔结构的影响及分形分析

采用低温氮气吸附法分析了胜利褐煤在低温(350℃~600℃)热解过程中孔结构的变化,研究了热解温度及脱灰处理对半焦的平均孔径、比表面积和孔径分布等孔结构参数的影响,并利用FHH(Frenkel-Halsey-Hill)模型,分别在相对压力为0~0.50和0.50~0.95内计算了不同的分形维数D_1和D_2,用以表征煤样的分形特征.结果表明:在热解过程中,半焦的比表面积与孔容积具有相同的变化趋势,与平均孔径呈相反的变化趋势;当热解温度高于500℃时,脱灰褐煤转化为半焦的过程中孔结构变得更为发达,比表面积和微孔孔容明显增大,孔径区间在0.45nm~1.58nm及2.65nm~10.00nm内的孔数量明显增加;FHH模型分析表明,半焦内存在两种变化趋势相反的分形维数D_1和D_2.D_1可以描述450℃之前脱灰褐煤半焦微孔表面的粗糙程度,D2可以反映出整个热解过程中脱灰褐煤的中孔孔容粗糙程度.     

淮南煤焦颗粒内部孔隙结构在燃烧过程中的变化

用氮气等温吸附/脱附（77 K）方法测量了淮南低变质煤及其在850℃条件下燃烧得到半焦的内部孔隙结构.通过分析得到有关煤焦颗粒内部孔隙结构的参数及其与燃尽率之间的关系.由吸附/脱附曲线判断煤焦孔洞的形状呈多样性.结合吸附理论,认为分形BET和分形Freundlich方程回归得到的分形维数分别表征颗粒内部大中孔表面分形维数和微孔体积分形维数.发现在燃烧过程中煤焦的表面分形维数及体积分形维数具有不同的变化趋势.     

Ru/Al2O3催化剂表面分形分析

利用静态氮吸附仪在-196.15 ℃液氮气氛中,测定Ru/Al2O3催化剂的比表面积以及孔结构参数,研究了催化剂的孔容-孔径分布和吸附-脱附等温线。基于FHH多层吸附模型,利用全吸附数据计算出Ru/Al2O3催化剂的表面分形维数。结果表明,3种Ru/Al2O3催化剂的表面分形维数均约2.4,分形维数与比表面积和总孔体积无直接关联。     

燃烧过程中石油焦表面形态的变化

用氮气等温吸附/脱附法对石油焦燃烧过程中表面形态的变化进行了分析.通过BET法和t-plot法对不同燃尽率的石油焦进行了比表面积和孔容积的测定.结果表明,石油焦燃烧过程中孔隙结构变得发达,比表面积和孔容积较原样明显增大且变化趋势基本一致.验证了石油焦燃烧具有分形动力学的行为特征,用FHH模型求得燃烧中表面分形维数值接近3,表明燃烧反应是在空间网格结构的内、外部同时发生的;同时发现,石油焦表面分形维数与比表面积和孔容积在变化趋势上存在明显差异.     

生物质颗粒孔隙结构在热解过程中的变化

利用氮气等温吸附/脱附法（-196℃）和扫描电镜（SEM）等研究了热解过程中生物质颗粒孔隙结构的演化规律,并用分形维数来描述焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明,热解温度对生物质焦的孔结构和表面形态有显著影响。热解过程中孔网络结构在发生演变,孔的形状发生了一定变化,且孔径有先变小后变大的趋势。高温导致焦颗粒发生塑性变形,使得孔隙扩大和孔表面更加光滑。随着温度的升高,生物质焦的BET比表面积先增大后减小,500℃以前,孔容积的变化规律与比表面积相近。通过分形FHH方程回归得到的分形维数能较好地表征颗粒内部孔隙表面的分形特征。其分形特征与热解温度密切相关,分形维数的变化与BET比表面积有一定关联。     

高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

利用卧式固定床实验炉制得不同温度下干燥处理的煤样,采用低温氮吸附法测试煤样的比表面积、孔体积和孔径分布等孔隙特征参数,使用复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水量,探索了高温干燥处理后褐煤孔隙结构的演变与其复吸特性之间的关联规律。结果表明:褐煤原煤及不同干燥温度(600～800℃)下半焦的等温吸附曲线均属于第Ⅱ类吸附等温线,褐煤原煤、600℃和700℃干燥半焦的吸附回线均属于L1型,800℃干燥半焦的吸附回线有从L1型转变为L2型的趋势;随着干燥温度的增加,干燥半焦的比表面积先增大后减小,介孔峰值的孔径微分同样先增大后减小,而大孔孔径微分基本保持不变;分形维数D1和D2呈相反的变化趋势,且D2D1;不同干燥程度半焦的复吸曲线变化趋势相同,且平衡含水量随着干燥温度的升高而减小;半焦复吸特性与孔隙结构有关,平衡含水率与其孔容积之间呈较好的线性关系。     

高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

利用卧式固定床实验炉制得不同温度下干燥处理的煤样,采用低温氮吸附法测试煤样的比表面积、孔体积和孔径分布等孔隙特征参数,使用复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水量,探索了高温干燥处理后褐煤孔隙结构的演变与其复吸特性之间的关联规律。结果表明：褐煤原煤及不同干燥温度(600~800℃)下半焦的等温吸附曲线均属于第Ⅱ类吸附等温线,褐煤原煤、600℃和700℃干燥半焦的吸附回线均属于L1型,800℃干燥半焦的吸附回线有从L1型转变为L2型的趋势;随着干燥温度的增加,干燥半焦的比表面积先增大后减小,介孔峰值的孔径微分同样先增大后减小,而大孔孔径微分基本保持不变;分形维数D₁和D₂呈相反的变化趋势,且D₂>D₁;不同干燥程度半焦的复吸曲线变化趋势相同,且平衡含水量随着干燥温度的升高而减小;半焦复吸特性与孔隙结构有关,平衡含水率与其孔容积之间呈较好的线性关系。     

煅烧处理硅藻土的孔道结构及分形特征

以临江硅藻土为原料,经不同煅烧温度处理制备煅烧硅藻土样品。采用低温氮吸附法和压汞法系统表征硅藻土及其煅烧样品的孔道结构特征,基于氮吸附和压汞实验数据,采用FHH模型、Menger海绵模型和热力学关系模型分析硅藻土及其煅烧样品的分形特征。结果表明:硅藻土的孔道主要为介孔和大孔;随着煅烧温度的升高,硅藻土的比表面积和介孔体积呈下降趋势,大孔比例增加,孔隙表面粗糙度降低,表面趋向光滑。煅烧温度低于600℃时,介孔体积分形维数随煅烧温度的升高而降低,介孔结构不均匀性降低,煅烧温度为1 000℃时,介孔体积分形维数明显提高,介孔结构变形。煅烧温度高于600℃时,大孔孔隙的分形维数降低,硅藻土的大孔表面的粗糙度和不均匀性降低。     

用氮气吸附法研究二甲醚催化剂表面分形维数

在77K下对四种二甲醚催化剂进行N2吸附—脱附等温线测定,得到了催化剂的孔结构参数,研究了其孔径分布、比表面积、等温线形态变化,并利用等温吸附数据计算其分形维数。结果表明,四种催化剂分形维数在2～3之间,将催化剂颗粒机械成型得到的片剂都具有分形特性,但其分形维数与比表面积和孔容积没有直接联系。     

不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异

基于低温氮气吸附的研究方法,对水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆制备的生物炭进行了孔结构研究,用BET方程、BJH方程和t-plot方法分别计算得到生物炭的比表面积、孔径分布和微孔数据,利用FHH模型计算了孔隙分形维数。研究表明：不同温度不同材料都对生物炭的孔结构有较大影响,随着热解温度的升高水稻秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭的BET比表面积和总孔容呈先增加后降低的趋势,而玉米秸秆生物炭的孔隙度随着热解温度升高持续增加;3种秸秆生物炭的孔径分布均以中孔为主,孔隙内部以Ⅱ型孔为主;水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆制备的生物炭都具有很好的分形特征,分形维数(D)分别为2.545 4~2.669 3、2.629 7~2.689 5、2.577 3~2.597 2,表明这3种生物炭孔隙结构比较复杂,非均质性强,其中水稻秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭均在500 ℃条件下有较高的分形维数,分别是2.669 3和2.597 2,玉米秸秆生物炭则在700 ℃条件下有较高的分形维数,为2.689 5。     

烟煤地下气化半焦对模拟废水中苯酚的脱除

以鹤壁烟煤地下气化半焦为脱除剂,对苯酚模拟废水进行脱除实验研究。采用扫描电镜、低温氮气物理脱除仪和红外光谱仪对半焦的表面特性、孔结构和表面官能团进行表征,进一步考察了半焦投加量、震荡时间、实验温度对模拟废水苯酚脱除的影响。实验结果表明:气化半焦具有微孔(小于2nm)和层状结构,微孔孔径主要分布在1~5nm之间,表面有较丰富的含氧官能团;在模拟废水苯酚浓度为100mg/L、水焦比为10:1、震荡时间为2h、脱除温度为40℃时,半焦对苯酚的脱除率和吸附容量分别为65%和0.66mg/g,气化半焦的孔结构特性和表面含氧官能团对苯酚脱除有积极作用;半焦对模拟废水中苯酚的吸附为多分子层物理吸附,其Freundlich吸附等温式为Q=0.0546C^0.6286。     

An investigation of fractal characteristics of mesoporous carbon electrodes with various pore structures

Fractal characteristics of mesoporous carbon electrodes were investigated with various pore structures using the N₂ gas adsorption method and the transmission electron microscopy (TEM) image analysis method. The mesoporous carbons with various pore structures were prepared by imprinting mesophase pitch used as a carbonaceous precursor with different colloidal silica particles. All imprinted mesoporous carbons were composed of two groups of pores produced from the carbonisation of mesophase pitch and from the silica imprinting. The overall surface fractal dimensions of the carbon specimens were determined from the analyses of the N₂ gas adsorption isotherms. In order to distinguish the surface fractal dimension of the carbonisation-induced pore surface from that fractal dimension of the silica-imprinted pore surface, the individual surface fractal dimensions were determined from the image analyses of the TEM images. From the comparison of the overall surface fractal dimension with the individual surface fractal dimensions, it was recognised that the overall surface fractal dimension is crucially influenced by the individual surface fractal dimension of the silica-imprinted pore surface. Moreover, from the fact that the silica-imprinted pore surface with broad relative pore size distribution (PSD) gave lower value of the individual surface fractal dimension than that pore surface with narrow relative PSD, it is concluded that as the silica-imprinted pores comprising the carbon specimen agglomerate, the individual surface fractal dimension of that pore surface decreases.     

Surface Fractal Dimension of Perovskite-Doped Alumina Membrane: Influence of Calcining Temperature

The surface fractal dimension, D , and pore size distribution of perovskite-doped alumina membrane prepared via the sol–gel method were determined from their nitrogen adsorption isotherms. The D value was calculated using the Frenkel–Halsey–Hill method. The D value increased with increasing temperature due to membrane shrinkage. The pore size distribution pattern of perovskite-doped alumina membrane showed a narrow pore size when the temperature was increased from 400° to 800°C. The isotherm type was characterized as Type IV. Smoothing and sintering effects contributed to the decreasing trend of surface fractal dimension at a high temperature. The surface fractal dimension increased when the perovskite ratio in alumina membrane was increased.     

高吸附活性半焦的制备及其在工业有机废水处理方面的应用

分别采用酸、碱、盐和过氧化物对鄂尔多斯原料半焦进行浸渍活化改性制备高吸附活性半焦,再用活化后的半焦对工业有机废水进行静态吸附实验,考察活化溶液种类、活化温度、活化时间、吸附温度、吸附时间和吸附pH值等对半焦吸附废水化学需氧量(COD)脱除率的影响,得到活性半焦吸附处理工业有机废水COD的最佳工艺条件:温度35 ℃,活性半焦投加量500 g·L^-1,在保持工业有机废水原pH值(6.88)条件下静态吸附3 h。在最佳工艺条件下,活性半焦对工业有机废水的COD去除率达88.9%,比原料半焦提高24.7%。对活性半焦吸附工业有机废水的动力学行为进行拟合,结果表明,准二级动力学模型可以很好地描述该吸附过程。通过SEM、BET测试和表征得出活性半焦表面微观结构与孔分布,发现质量分数10%的HNO₃溶液对半焦表面有很好的刻蚀与扩孔作用。     

基于分形理论的油页岩有效扩散系数研究

以直径为1.6—2 mm柳树河油页岩为原料,采用扫描电镜法与氮吸附法得出油页岩吸附-脱附等温线,孔径分布曲线等;分析了油页岩内部孔隙结构,计算出孔道弯曲分形维数与孔隙面积分形维数,并研究油页岩内部的有效扩散系数。结果表明:油页岩吸附-脱附曲线属于Ⅲ型等温线,是一种典型的二端都开放的管状毛细孔型结构的多孔物质;其含有较发达孔隙,孔径分布为0.4—40 nm;油页岩孔道弯曲分形维数越小,孔道越平坦,孔隙面积分形维数为2.464;油页岩有效扩散系数与其内部结构和操作温度有关,温度越高,粒径越小,有效扩散系数越大。     

油页岩及其半焦混烧特性的热重试验研究和动力学分析

利用热重分析仪对桦甸油页岩燃烧时的双峰现象以及与其500℃半焦按不同比例混烧时单样相互影响程度、颗粒特性、着火温度和燃烧特性指数进行了考察；利用DAEM模型解析了混烧动力学参数。结果表明：油页岩燃烧DTG曲线在500℃附近的双峰活性参数值相差不大，分别为0.79和0.73，反映油页岩燃烧DTG曲线双峰归因于脂类有机质与干酪根中芳香烃的燃烧；混样中各单样在不同温度段相互影响程度不同，表观影响程度系数f的值均小于1。在燃烧过程中颗粒的缩核形状和表面分形维数并不是固定不变的，在低温段接近长圆柱体，在高温段接近平板，当浓度级次β=0.6时，低温段分形维数接近3，在高温段接近1；着火温度随半焦掺混量的增加呈线性递增；混样燃烧特性指数介于单烧之间并且存在掺混效果明显区；试样表观活化能在燃烧前期变化比较缓慢并呈下降趋势，大约在60～90 kJ·mol^-1之间，在后期剧烈增加，当转化率在0.60～0.75之间时表观活化能从80 kJ·mol^-1剧增到200 kJ·mol^-1。