煤基碳点的制备和应用研究进展

煤和煤衍生物的碳含量高、资源丰富,开发煤基碳材料及其制备技术具有重要的研究价值。碳点作为碳纳米材料家族冉冉升起的新星,由于其优异的光电性能、无毒性和良好的生物相容性等,在许多领域显示出巨大的应用前景。煤和煤衍生物是一种三维交联的网络状多晶材料,含有丰富的官能团和悬垂键,且芳香结构单元之间通过亚甲基、醚键等交联桥键连接,桥键可通过化学、电化学或物理方法来破坏。基于煤和煤衍生物的结构特点,综述煤基碳点的合成方法及其在电化学、光催化、化学分析、生物医药、光电材料等领域的应用,展望煤基碳点的未来发展方向。未来值得研究的方向为：优化合成工艺,实现高性能煤基碳点的规模化、绿色化制备;开发模拟、理论计算和其他先进技术,进一步探索煤基碳点及其复合材料结构和性能的调节机制;通过煤基碳点的改性和组装,拓展其应用领域。     

神华煤热解特性与非等温动力学研究

利用热重分析法对神华煤热分解特性进行了研究,探讨了升温速率对煤热解失重过程的影响。热重分析表明,神华煤最适宜的液化温度为340℃～531℃。采用Flynn-Wall-Ozawa法对热解动力学参数进行求解,并结合Satava-Sestak法对神华煤热解机理进行推测,结果表明,神华煤热解过程为三维扩散机理,整个热解反应活化能分布区间为124.8kJ/mol～217.1kJ/mol。在热解温度范围内,神华煤热解的表观活化能随着反应深度的增加而降低。     

煤的电化学脱硫研究(Ⅱ)——酸性有隔膜电解体系

以山家林洗精煤为原料,在酸性有隔膜电解体系中实验研究了电解工艺条件对脱硫效果及联产氢气的影响。试验结果表明隔膜体系中煤的电化学脱硫规律与无隔膜体系相似,且脱硫效果接近,全硫脱硫率最高可达52.1%。当电解电压达到2.5V后,氢气的产率与电解时间及电流密度成正比,基本不受其他条件的影响。     

先锋褐煤热溶残煤的过氧化氢氧化及产物分析

先锋褐煤经四氢萘高温热溶得到热溶残煤,在40℃温和条件下用过氧化氢水溶液氧化热溶残煤,计算氧化残煤和气体产物CO2的收率.结果表明,该条件下热溶残煤氧化反应性很高,产生了大量的水溶性产物;结合元素分析和FTIR等分析手段对热溶和氧解产物进行结构表征,结果表明,热溶过程中脂肪烃易被抽提,得到芳香度更高的热溶残煤,且氧化过程引入了含氧官能团,水溶性产物中含有大量有机羧酸;采用阴离子交换树脂对氧解水溶液进行富集分离,三氟化硼/甲醇衍生化,并进行GC/MS分析,发现水溶性氧解产物中含有大量短链二元羧酸,同时还发现相当含量的N-甲基吡咯烷酮和苯甲酸.     

SO_4~(2-)/ZrO_2固体超强酸催化剂催化甲苯与氯化苄的苄基化反应

利用甲苯与氯化苄的苄基化反应,研究了反应温度、反应时间、甲苯与氯化苄的摩尔比、催化剂用量、搅拌转速及催化剂的焙烧温度对SO42-/ZrO2固体超强酸催化剂催化性能的影响,并通过色谱-质谱联用仪对苄基化产物的结构与组成进行分析。实验结果表明,SO42-/ZrO2固体超强酸催化剂对苯与氯化苄的苄基化反应具有良好的催化活性,适宜的反应条件为:反应温度120℃、反应时间4h、甲苯与氯化苄的摩尔比8、催化剂用量0.3g/mL、搅拌转速1 000r/m in、催化剂的焙烧温度650℃。在优化条件下,氯化苄的转化率可达到81.6%,产物的质量组成为57.7%的4-甲基二苯甲烷和42.3%的2-甲基二苯甲烷。     

细粉煤脱水工艺研究

对西曲焦煤、朱仙庄气煤、枣洗肥煤和下峪口瘦煤四种细粉煤进行了减压脱水工艺研究；考察了细粉煤的粒度、真空度、温度、时间及煤种等因素对脱水效果的影响。     

基于WO3表面改性TiO2的制备及光催化性能研究

利用沉淀浸渍法制备了WO3表面改性TiO2光催化剂,以亚甲基蓝为模型,考察了前驱体TiO2结构及制备条件对WO3／TiO2光催化性能的影响,并通过XRD对其结构进行了初步表征。结果表明：无定形TiO2经WO3改性显著提高了TiO2光催化活性,其晶体结构为锐钛型;WO3／TiO2最佳制备条件为沉淀pH值为6、焙烧温度550℃、焙烧时间4h、WO3质量分数为0．5％;WO3改性扩大了WO3／TiO2光激发波长范围。     

煤的电化学脱硫研究(Ⅲ)——碱性有隔膜电解体系

以山家林精洗煤为原料,着重考察了碱性有隔膜电解体系中的电化学脱硫规律,并对影响因素进行了初步探讨。试验研究表明碱性有隔膜体系中煤脱硫过程包括电化学氧化、化学氧化及溶解脱硫过程,其脱硫效果及规律与无隔膜体系相似,对煤质的影响较酸性体系小。     

超声波辅助法测定煤及其衍生物中酸性含氧官能团的研究

为提高煤中酸性含氧官能团测定结果的准确度,对传统的离子交换法进行了改进,利用超声波恒温水浴代替直接加热回流。超声波测定法提高了煤样在试剂中的分散程度以及与试剂的浸润性能,促进了水浴反应,使得测定结果优于传统的离子交换法。此法不仅可以用于煤中酸性官能团含量的测定,而且也可用于煤衍生物中酸性官能团的测定。从实验中得出的煤中酸性含氧官能团与试剂充分进行离子交换的较优条件是:超声波作用温度50℃和作用时间40 min,恒温水浴95℃下加热反应4 h。     

基于煤基腐殖酸的高效减水剂合成与性能表征

为了探索褐煤高值化利用途径，利用2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠（AMPS）和丙烯酸（AA）分别对褐煤氧化解聚腐殖酸（OHA）和商品化腐殖酸（NHA）进行接枝共聚改性，制备了两种煤基腐殖酸（CHA）高效减水剂，考察了接枝共聚物结构及其单体配比对水泥砂浆和净浆流动度的影响，结合接枝共聚物结构表征对两种CHA高效减水剂的吸附性能及砂浆流动性、减水率、坍落度和机械强度等应用性能进行了评价，并与商品减水剂FDN-C进行了对比。结果显示，AMPS与AA接枝共聚改性可以显著提高CHA的水泥浆体流动性和减水率。其中，AA/AMPS=0.15时，接枝共聚物的改性效果最好；OHA接枝共聚改性效果优于NHA。OHA和NHA接枝共聚物的混凝土减水率分别达到24%和22%,28d抗压强度分别提升31.7%和40.0%，并且保坍能力明显高于FDN-C。CHA的芳香度高及含有丰富的酚羟基和羧基，有利于AMPS和AA接枝共聚反应，可以作为石油替代品用于制备水泥等材料的高效分散剂。