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。     

纳米氧化铝载体的制备及孔性质研究

采用超增溶胶团自组装方法制备纳米介孔氧化铝载体, 用BET 法和压汞法进行表征, 并研究了胶粘 剂用量和模板剂用量对所制备载体孔性质的影响。结果表明, 随胶粘剂含量的增加, 比表面积和堆积密度逐渐增 大, 孔容和孔径逐渐减小;随模板剂含量的增加, 孔容、孔径逐渐增大, 堆积密度逐渐减小, 而比表面积在模板剂含量 为基准+10 时最大, 达到411 .4 m2/ g , 模板剂含量过多或过少, 比表面积都会下降。     

废轮胎回转窑中试热解炭孔隙及表面化学特性

为了设计和优化废轮胎热解炭利用工艺,利用氮气吸附法、傅里叶变化红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对废轮胎回转窑中试热解炭的孔隙结构及表面化学特性进行研究,分析热解温度和热解炭粒径的影响因素,并与商用炭黑进行比较.结果发现,热解炭中有很多大孔而微孔很少,Brumauer-Emmett-Teller (BET)比表面积随热解温度的升高而增大;热解炭BET比表面积与N660相当,分型维数与N330相当,热解炭粒径越大,BET比表面积越大;热解炭中C和O的含量高,含氧官能团主要为醇、酚、酯、内酯、酸酐和醚,有大量芳香稠环的存在,热解温度越高,芳构化越高;商用炭黑芳构化高于热解炭;热解炭中S元素主要以硫化物存在,N元素多以胺形态存在,而商用炭黑中S元素主要以“S-C/R-S-S-R”的形态存在.     

废轮胎回转窑中试热解产物特性

热解反应在中温段（450～650 ℃）进行，油产率可达42.7%～45.0%。对热解油进行了实沸点蒸馏和红外光谱（FT-IR）分析。热解油品质较轻，200 ℃以下轻馏分质量分数高达33%～40%，热解温度的升高有助于增加轻馏分质量分数。在较高热解温度下热解油具有较强的芳香性。热解油FT-IR分析结果体现了芳烃类物质生成的Diels-Alder反应途径。热解炭产率约为39%～44%，并具有高灰分（>12%）和高硫特性。热解炭具有较发达的中、大孔。在550 ℃前，热解炭比表面积随热解温度升高而增大；温度继续升高，比表面积变化不大。热解炭孔容积随热解温度升高而增大，并在550 ℃时达到最大值。在孔径约为50 nm处，热解炭比孔容积具有最大值。     

煤基活性炭孔结构对电化学性能的影响

以太西无烟煤和灵武烟煤的配合煤为原料在硝酸锰存在下经水蒸气活化制备了活性炭,利用气体吸附仪和电化学工作站表征其孔结构及循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等电化学性能.结果表明,比表面积SBET小于900m2/g时,比电容与比表面积成正比,SBET大于900m2/g时,比电容与比表面积成反比;活性炭的总孔容和微孔孔容对比电容的影响与比表面积存在相似的规律;中孔对比电容的影响最为显著,比电容随中孔孔容的增加迅速增加,在0.11～0.14cm3/g区间增幅明显减小,大于0.14cm3/g后迅速减小;制备的煤基活性炭电极的电化学行为表现为双电层电容与准电容协同作用;活性炭电极接触电阻很小,最大约为0.8Ω.     

焙烧对石煤钒矿孔结构的影响

分别采用BET法、BJH法和HK法测定了石煤原矿、石煤750℃焙烧渣、1 050℃焙烧渣3种样品的比表面积、中孔和微孔分布.结果表明,石煤原矿中主要以中孔为主,最可几孔径为4 nm,主要为墨水瓶状孔;750℃焙烧3 h,由于有机质氧化,原矿中微孔减少,中孔增加;1 050℃焙烧3 h,孔数量急剧减少,大量中孔和微孔消失,只有少量大孔,比表面积显著减小.     

大孔主客体催化材料的制备及表征

采用超增溶原位自组装法合成大孔氧化铝载体作为主体,采用TEM、BET、XRD等对其进行表征。在Mo-Ni-P溶液中,以正向胶束为模板剂,合成出大孔主客体催化剂。考察了不同表面活性剂及其用量对正向胶束形成的影响,对模板剂的最佳配比进行优化。利用BET、电子探针等分析手段对大孔主客体催化材料进行表征。结果表明,催化材料具有0.38cm3/g的孔容、61~90m2/g的比表面积、9.3~13nm的平均孔径、最可几孔径为12.5、45.0nm、10~60nm高度集中,且占总分布的53%~70%,活性金属质量分数在18%~27%,通过电子探针扫描的元素分析表明金属在催化剂中均匀分散。     

有机合成中废活性炭的热解再生研究

以3种有机合成过程中脱色用粉末状废活性炭为材料,利用高温热解的方法,研究不同再生温度、再生时间等因素对废活性炭再生效果的影响。利用扫描电子显微镜以及比表面积及孔隙分析仪对废活性炭进行表征分析。结果表明,废碳的再生效果与其吸附的物质种类有很大关系;再生样品的碘吸附值和比表面积随着温度的升高而增大;在温度为800 ℃时,最佳热解条件为90 min;通过两次低温热解（600 ℃+400 ℃）可达到一次高温热解（800 ℃）再生效果。为后期热解法处理废活性炭研究提供实验依据。     

褐煤快速热解半焦理化特性及气化活性

为了研究长停留时间,大给料量条件下褐煤快速热解半焦的比表面积、孔径分布、表面官能团的变化规律及不同热解条件下半焦的CO2气化活性,在自制沉降炉上进行平庄褐煤热解温度600~1 000℃快速裂解实验,并用N2吸附法、傅里叶变换红外光谱法及非等温热重分析法对半焦进行表征.结果表明,随着热解温度增加比表面积先增大后减小,当热解温度为900℃时比表面积最大,孔径分布主要集中在中孔及微孔.官能团的红外光谱吸收随热解温度升高而减少,800℃为分界点,800℃以下随着热解温度提高,光谱吸收显著减少,800℃以上减少幅度降低,随着热解温度增加,煤焦芳香度加剧.煤焦气化活性与比表面积并无严格相关性.     

铁系添加剂对污泥基活性炭性能与结构的影响

通过在污泥中分别掺入铁系添加剂(氯化铁、氯化亚铁、三氧化二铁),采用化学活化法制备出改性污泥活性炭。以吸附碘值为标准,考察了添加剂掺入比例、活化剂浓度、热解温度、热解时间对活性炭吸附性能的影响。并对其结构进行比表面积及孔隙结构(BET)、表面形态(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)等表征分析。结果表明:相比于纯污泥活性炭,掺入FeCl_3、FeCl_2、Fe_2O_3制备出的改性污泥活性炭的吸附碘值分别提高了31.59%、18.23%、15.48%。比表面积分别提高了101.6%、91.4%、79%。而且表面都具有羟基、羧基、酚羟基、碳碳双键和三键等官能团。     

鄂西—渝东地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩孔隙结构特征

通过总有机碳质量分数w(TOC)、X线衍射全岩分析和低温氮气吸附实验,获取鄂西—渝东地区牛蹄塘组黑色页岩w(TOC)值、矿物组分、孔体积、比表面积和孔径分布,探讨微观孔隙发育控制因素.结果表明:沉积相控制矿物组分、矿物组分控制孔隙发育,孔隙发育特征反映不同的等温吸附线形态、孔径分布规律、孔体积和比表面积分布频率.浅水陆棚相黑色页岩碳酸盐矿物质量分数较高,石英和黏土质量分数相对较低;深水陆棚相基本不含碳酸盐矿物,石英和黏土质量分数较高;根据等温线和吸附回线特征将黑色页岩分为3类,分别对应碳酸盐矿物质量分数较高的浅水陆棚相黑色页岩、碳酸盐矿物质量分数中等的浅水陆棚相黑色页岩和几乎不含碳酸盐矿物的深水陆棚相黑色页岩;黑色页岩是否含碳酸盐矿物,其孔体积、比表面积和孔径分布区别明显.有机质丰度和矿物组分不同程度控制着鄂西—渝东地区牛蹄塘组黑色页岩微观孔隙发育.石英和黏土质量分数主要控制微观孔隙发育;w(TOC)对孔体积影响不大,但对比表面积有积极作用;碳酸盐矿物质量分数对总孔体积影响不大,但高质量分数碳酸盐矿物有利于宏孔体积增加.另外,碳酸盐矿物质量分数制约着黑色页岩比表面积发育.     

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。     

淮南煤焦结构及其高温气化反应性研究

采用FTIR、TG／DTA和比表面分析对淮南煤焦进行研究,考察了成焦条件对淮南煤焦的物理、化学结构及其CO2气化反应性的影响。结果表明,随着热解温度的升高,煤焦中的碳含量增加、氢含量降低、孔容减小,煤焦与CO2的气化反应性降低;在热解温度相同的备件下,与快速热解煤焦相比,慢速热解煤焦的碳含量较高、氢含量较低、孔容和比表面积较小、与CO2的气化反应性较低。     

微波诱导热解污泥制备吸附剂的研究

为实现污泥的资源化,用微波诱导热解污泥制备污泥吸附剂.采用碘值分析、扫描电镜分析和处理模拟染料废水的方法研究微波功率、投炭量和微波辐照时间对污泥吸附剂吸附性能的影响.通过实验得到该法制备污泥吸附剂的最佳工艺参数为:微波功率400 W,投炭量0.25%,微波辐照时间8 min,该条件下所得吸附剂碘值为303.73 mg/L,平均孔径为2.88 nm,总孔、中孔、微孔孔容分别为0.422 mL/g、0.203 mL/g、0.150 mL/g,比表面积为308.1 m2/g,处理雅格素蓝(BF-BR)和碱性品红模拟染料废水的脱色率分别达到75%和95%以上.微波诱导热解污泥制备污泥吸附剂技术可行且具有很好的应用前景.     

基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征

为研究页岩储层孔隙结构特征,以重庆南川三泉剖面泉浅1井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例,通过低温氮吸附实验数据建立FHH分形模型,讨论分形维数与孔隙结构参数、TOC质量分数的相互关系.结果表明:样品孔隙以微孔为主,孔径分布集中在40nm以下,具有明显的分形特征,分形维数介于2.760~2.850之间,相关因数大多超过0.99,反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性;部分样品显示明显的双重分形特征,以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙,吸附孔隙阶段分形维数变化范围在2.881~2.917之间,渗透孔隙阶段分形维数变化范围在2.791~2.823之间;孔隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性,BET比表面积与分形维数呈明显的正相关关系,即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大,分形维数越接近于3;TOC质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系,是分形维数的重要影响因素.通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路.     

吴家坪组页岩储层特征及甲烷吸附能力——以鄂西利川地区为例

为了深入研究鄂西地区吴家坪组硅质页岩的储层特征及其含气性,选取利川复背斜袁家槽和黄泥塘剖面样品进行了元素地球化学、有机地球化学、矿物组成、储层物性和超临界甲烷吸附等一系列分析测试,探讨了页岩的孔隙构成和吸附能力的影响因素.认为中孔贡献了吴家坪组页岩86.02%的孔体积和64.26%的比表面积,优势孔隙类型为有机质孔,TOC是页岩吸附能力的主控因素.研究结果表明:吴家坪组硅质页岩形成于深水缺氧的沉积环境,TOC值平均为7.29%,有机质类型以Ⅱ_1型为主、成熟度eqvR_o为1.91%～1.96%,石英质量分数平均为68.9%,具备页岩气生成和储层改造的优越条件;吴家坪组页岩主要储集空间为有机质孔,其次为矿物晶间孔,粒内孔发育程度最低,不同有机质颗粒的孔隙面孔率差异很大,与有机质的显微组成密切相关,BET比表面积和孔体积分别为6.63～33.12 m~2/g和0.015～0.047 cm~3/g,具备良好的页岩气储集条件;采用三元Langmuir模型拟合高温超临界甲烷吸附曲线,60℃时页岩的兰氏体积为2.08～3.96 cm~3/g,具有较好的吸附性能,吴家坪组页岩的兰氏体积、TOC与BET比表面积三者之间具有良好的正相关性,说明TOC是微观孔隙和气体吸附能力的主要控制因素,有机质通过提供大量的中孔以及微孔来构建吴家坪组硅质页岩的孔隙系统,增加页岩的吸附能力,受强压实作用黏土颗粒排列致密,孔隙变形和闭合,数量减少,随黏土矿物质量分数增加,在一定程度上降低了页岩的比表面积和吸附能力.     

不同冲击荷载下煤的孔隙结构变化规律研究

为研究冲击载荷作用下煤微观结构变化规律,采用低温液氮吸附实验对不同冲击荷载作用下王河煤矿煤样进行了试验研究,分析受不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构变化规律。结果表明:不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构会发生显著变化。当冲击载荷为68.21 MPa时,煤样部分中孔遭到破坏,煤样总孔容减小,微孔比表面积增加显著;当冲击荷载增加到120.64 MPa时,由于细颈瓶形状的微孔在冲击载荷作用下破坏,微孔比表面积所占比例明显减小,煤样孔容呈进一步减小趋势;可以认为在冲击载荷作用下,煤样微观结构从微孔向小孔、小孔向中孔及大孔转化,液氮吸附量持续减小。研究成果表明煤受外界冲击载荷作用会由于煤微观结构的变化进而影响煤瓦斯的赋存,煤开放孔的增加有利于煤矿瓦斯的抽放,对煤矿石门揭煤和煤松动爆破参数设计具有实用参考意义。     

低变质烟煤有机显微煤岩组分的孔结构分析

对手选低变质烟煤镜质组和惰质组进行的压汞法和N2吸附法孔隙分析,表明有机煤岩显微组分的孔隙结构差异显著,这种差异集中体现在大于1μm孔及小于30 nm孔隙的孔客,孔径分布及孔隙形态不同.情质组中存在完整连续的孔系统,孔径分布范围广,直径大于10 μm的超大孔、10～1μm的大孔和1.0～0.1μm的中孔发达;在30～10 nm范围内,情质组中存在更多小尺寸的孔隙;镜质组中10～2 nm微孔的孔容虽相对较少,但在其孔隙分布体系中的比例较大,平均孔径较小;镜质组的孔隙形态复杂,不同孔径范围内,分别存在不透气孔、透气孔、墨水瓶状孔;而从微孔到大孔,惰质组的孔隙形态均匀,以不透气孔和透气孔为主.煤岩组分孔隙结构直接影响煤的结构和性质.     

脱水褐煤的孔隙结构对复吸性能影响

采用低温氮吸附法对不同温度热空气(<180℃)脱水后褐煤的孔结构进行表征,得到吸附/脱附等温线,依据NLDFT理论得出孔结构参数,并应用FHH模型计算分形维数.通过实验考察脱水褐煤的复吸率(MRV),分析了孔结构变化对复吸的影响.结果表明:脱水褐煤中存在大量一端封闭的盲孔,中孔和大孔主要以开放性孔形式存在;脱水温度140℃时中孔数量明显增加,孔容、比表面积及平均孔径均随脱水温度升高而增大;脱水褐煤的分形维数为2.52±0.03,并随脱水温度升高而增大;MRV与脱水温度成正比,脱水褐煤的复吸性能由比表面积、孔容、平均孔径等因素共同影响,其中比表面积影响最显著.     

城市污泥与玉米秸秆共热解制备吸附剂的研究

以资源化为目的,将城市污泥与玉米秸秆共热解,研究了热解条件和配比对固体产物吸附性能的影响.以徐州污水处理厂脱水污泥为原料,通过加入不同含量(0～70%)的玉米秸秆,在不同的温度下共热解制备出了含碳吸附剂.结果表明:在400～600℃范围内,吸附剂碘值随热解温度升高而下降,700℃时的碘值又明显升高;吸附剂的碘值随秸秆比例的增大而提高,而比表面积随热解温度和秸秆量提高而增大,最高达150 m2/g.吸附剂的孔径分布较宽,以中孔为主,微孔所占比例较小.总孔容随热解温度的升高而增大,随秸秆量增大而下降,但微孔比例上升.共热解法制备的吸附剂的碘值和比表面积与化学法制备的污泥吸附剂相当.