预氧化对煤液化沥青制备超级活性炭的影响研究

以神华煤直接液化沥青(CLA)为碳源,针对其熔点低、易形成液相炭化、不利于制备超级活性炭的难题,采用KNO3预氧化、KOH活化的方法,制备出比表面积超过3000m2/g的超级活性炭。利用扫描电镜(SEM)、低温氮吸附仪(BET)、红外光谱仪(IR)等多种手段对预氧化沥青、炭化沥青和活性炭产品进行了表征测试。发现预氧化可避免煤液化沥青在炭化过程中的相态变化,产生具有初级孔道、富含官能团活性点的炭化物,为制备超级活性炭奠定了物质结构基础。在m(KNO3)/m(CLA)为0~0.4之间,活性炭的比表面积随着KNO3的用量增加先增后减。在预氧化温度250~400℃之间,活性炭的比表面积随着预氧化温度的升高先增后减,拐点为350℃。在预氧化时间30~60min内,活性炭的比表面积随着预氧化时间的延长逐渐增大,超过60min,延长预氧化时间对活性炭比表面积基本无影响。     

高温喷雾法制备超级电容器用球形活性炭的研究

以神华煤液化沥青(CLA)为碳源,针对其软化点高、芳香度高、碳含量高、容易聚合或交联的特点,采用700℃的高温喷雾法和KOH活化法,制备出比表面积超过2000m²/g的球形活性炭。利用扫描电镜(SEM)、低温氮吸附仪(BET)、红外光谱仪(IR)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等多种手段对煤液化沥青、炭微球(SC)和球形活性炭(SAC)进行了表征测试。发现高温喷雾法可将雾化、成球、氧化不熔化和炭化过程一步完成,避免了常规制备工艺存在的成球温度低、微球在升温时易黏连、变形、破碎等难题,得到了具有球形形貌且相对均一结构与尺寸的活化前驱体。在KOH质量比1∶2、700℃活化90min的条件下,SC可生成比表面积2340m²/g的球形活性炭SAC。在二电极电化学性能测试中,当电流密度从0.5A/g增大到20A/g时,比电容仅从243.36F/g降低到226.08F/g;在5A/g电流密度下循环10000圈后的容量基本保持不变。     

基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备

分别以神木烟煤、麦秸秆及二者混合物为前驱体,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭电极材料（AC1,AC2,AC3）,采用低温N 2 吸附、接触角法对各活性炭的孔结构和润湿性进行表征,并利用恒流充放电、循环伏安、漏电流和交流阻抗等测试手段对各活性炭电极材料的电化学性能进行对比评价。结果表明：AC3兼具AC1比表面积高和AC2润湿性好的优点,其组装的超级电容器在3 mol/L KOH电解液中具有较高的比电容（270 F/g）、充放电可逆性好、较低的漏电流（0.01 mA）和较小的阻抗等特点,反映出煤与麦秸秆共活化过程中存在协同效应。     

中低温活化条件下超级电容器用活性炭的制备与表征

以印尼褐煤为原料,KOH为活化剂,在400～580 ℃的中低温活化条件下制备出超级电容器用煤基活性炭,采用低温N2吸附、X射线衍射（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）对其孔结构、微晶结构以及表面形貌等进行表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明:在KOH活化制备煤基活性炭的活化过程中,KOH与煤中C的反应始于400～460 ℃;随着活化温度的升高,活性炭的比表面积及总孔容增大,孔径分布变宽,中孔率提高。当活化温度达到580 ℃时,所制活性炭的比表面积高达1 598 m2/g,总孔容达0.828 cm3/g,中孔率达41.4%,该活性炭用作电极材料在3 mol/L KOH电解液中具有良好的充放电性能,在50 mA/g的低电流密度下比电容高达369 F/g,在2 500 mA/g的高电流密度下比电容仍保持305 F/g,其漏电流仅为0.02 mA,且具有良好的循环性能,经1 000次循环后,比电容保持率超过92%,是一种理想的超级电容器电极材料。     

煤液化残渣基炭材料吸附瓦斯实验研究

实验采用自行设计的单塔高流量、常压吸附装置和煤液化残渣基炭材料吸附剂,讨论了不同吸附剂用量、不同装柱方式对CH4/N2分离性能的影响。结果表明:在550℃,KOH活化下所制备煤液化残渣基活性炭的比表面积可达1721 m2/g,其中微孔占到开孔数量的89.5%;在相同吸附剂装填量下,分层装填方式对甲烷的吸附性能要优于混合式装填方式;在分层装填方式下,随着吸附剂装填数量的增加,甲烷的吸附量增加,饱和吸附性能提高20%。     

焦粉活性炭结构与性能表征

以焦粉为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备焦粉活性炭。经三因素四水平正交试验获得最佳比表面积为1855m2/g的焦粉活性炭。三因素对焦粉活性炭吸附性能影响程度依次为:活化温度>碱炭比(KOH与焦粉质量比)>活化时间。分别用热重-差热分析、红外光谱、扫描电镜和X-射线衍射等对活化前后样品进行了对比测定、表征与分析。得出:经KOH高温活化后,焦粉活性炭较焦粉镜像表面呈蜂窝结构更为显著、结构疏松、含氧官能团相对减少、石墨化程度增加,并具有较大比表面积与良好的导电性能。多孔径与大比表面可赋予焦粉活性炭良好的吸附性能与负载功能,高石墨化程度与优良导电性能为其用作导电材料的利用开发提供了可能。      

高品质低阶煤基活性炭的制备与表征

以国内外8种低阶煤为原料,在相同工艺条件下采用KOH活化法制备低阶煤基活性炭,利用低温N-2吸附、傅里叶红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）等对活性炭的孔结构及表面化学性质进行表征,考察原料煤的物理化学特性对低阶煤基活性炭孔结构的影响及其表面化学性质。结果表明：在碱炭质量比为3∶1、活化温度为650 ℃、活化时间为0.5 h、升温速率为10 ℃/min、保护气流量为200 mL/min的条件下,可制备出比表面积为1 694～2 956 m 2/g、总孔容为0.909～1.949 cm 3/g、中孔率为37.3%～71.1%的高品质低阶煤基活性炭;低阶煤自身固有的物理化学特性对活性炭的孔结构具有重要影响,原料煤原生孔隙丰富、挥发分高有利于活性炭中孔的发育;煤中无机矿物成分不仅会削弱活化反应的剧烈程度,而且会降低活性炭的质量及性能;低阶煤基活性炭表面含有丰富的含氧官能团,其中以羰基及酚羟基（或醚类）为主,其次为内酯基和羧基。     

煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响

为系统研究煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响,以印尼褐煤不同煤岩显微组分为前驱体,采用KOH活化法制备活性炭,并用作超级电容器电极材料。利用低温N2吸附、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)对活性炭的孔结构特征和表面官能团进行表征,采用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测定活性炭电极的电化学性能,系统研究煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,不同煤岩显微组分所制活性炭的孔结构存在显著差异,其中惰质组活性炭的孔隙结构最发达,比表面积及总孔容分别可达2 712 m2/g和1.339 cm3/g,中孔率(39.7%)最高,其次为镜质组,壳质组最低;改变煤岩显微组分,可以调控活性炭1.5~3.2 nm范围内的孔隙数量;煤岩显微组分活性炭电极在KOH电解液中均具有优异的电化学性能,比电容量最高可达400 F/g,其优异的电化学性能归因于活性炭发达的微孔结构、合理的中孔分布和丰富的含氧官能团。     

原料煤结构特性和添加剂对活性炭孔隙结构及吸附CO_2性能的影响

选用5种原料煤,3种添加剂分别考察煤结构特性和添加剂种类对制备活性炭性能的影响,以比表面积、孔径分布、CO_2吸附量、碘值、微晶结构尺寸对活性炭进行表征。结果表明:由于5种原料煤结构特性的不同,经炭化之后微晶高度和层片宽度都有不同程度的变化。太西煤炭化料的微晶结构在后期活化阶段最为适宜,从而以灰分低、挥发分适中的太西无烟煤为原料,制备的活性炭微孔最为发达,吸附CO_2的性能最佳;3种添加剂中NH_4Cl+KNO_3效果最为显著,制备的活性炭比表面积为1093 m~2/g,微孔孔容为0.415 m L/g,CO_2的吸附量为2.41 mmol/g(0.1 MPa,25℃)。     

氧化无烟煤的化学活化机理及其电化学性能研究

以无烟煤为前驱体,通过混酸预氧化,在800℃氩气氛围下使用KOH活化制备出无烟煤基活性炭。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和场发射扫描电镜(SEM)对其结构进行了表征,对活化机理进行了探讨。在三电极体系中使用循环伏安、恒流充放电研究了其在碱性介质中的电化学性能。结果表明:无烟煤的活化以KOH与无烟煤的反应为主,也与高温下钾蒸汽进入类石墨片层层间,扩大孔径有关。氧化煤表面引入了新的反应活性点,加剧了反应的进行,最终形成多级孔道结构。电流密度为0.2A/g时,活化后的无烟煤的比电容为99.71F/g,而经过预氧化处理的无烟煤的比电容提高到112.59F/g。电流密度为20A/g时,活化后的氧化无烟煤的比电容保持率仍在50%以上。