黔西与湖南寒婆坳地区煤制石墨烯结构的演化特征

石墨烯作为21世纪的战略性新兴材料，因其优异的性能受到广泛关注。研究表明煤可作为石墨烯碳源，并且煤的属性也影响石墨烯的结构特征，结合我国煤变质成因复杂、煤变质作用类型多样的特点，旨在研究不同变质作用背景对石墨烯结构的影响特征。采集黔西地区深成叠加热液变质作用6个煤样及寒婆坳地区岩浆热变质作用4个煤样，全部利用HCl-HF-HNO₃酸洗方法进行处理后得到脱矿煤样，以排除矿物的影响；后使用中频感应石墨化炉对脱矿煤样进行2 800℃高温处理后得到煤基石墨样品；最后利用改进的Hummers氧化还原法对煤基石墨进行氧化、超声剥离、还原处理，得到石墨烯样品；用于测试样品微晶尺寸、空间形态等信息的X射线衍射(XRD)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯进行表征并得到相关结构参数，用于测试样品缺陷、完整性的拉曼光谱(Raman)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯样品进行表征并得到相关参数，用于观察样品微观表面形貌的透射电镜(TEM)对石墨烯样品进行表征并得到图像。实验及表征结果：透射电镜(TEM)得到的图像表明2种变质类型的煤均可制备出3～5层的石墨烯层片。X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Rama...     

云南小发路无烟煤基石墨烯制备与谱学表征

为研究云南小发路无烟煤制备煤基石墨烯及其谱学特征,采用改良的Hummers氧化还原法制备煤基石墨烯,并综合利用透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征手段对原煤以及过程产物的化学结构进行表征,结果表明高温石墨化显著改善了小发路无烟煤的微晶结构,晶粒尺寸增加,平均芳香层数可达54.84,有利于后续氧化插层形成氧化石墨烯;氧化反应产生了大量含氧官能团,增加了煤基氧化石墨烯的缺陷度(I_(D1)/I_G=2.06),层间距可达0.790 nm;还原氧化石墨烯表面含氧官能团大幅度减少,缺陷度减小至1.58,芳构碳的有序度增加,成功制得煤基石墨烯;透射电镜下发现小发路无烟煤晶格条纹大部分为无定向弯曲,层间堆垛较厚,所制备的煤基石墨烯则呈透明薄层状,表面含有较多翘曲,边缘处可观察到线性晶格条纹,层数达3～5层。小发路无烟煤的含氧官能团以酚、醇、醚、酯为主,羧基含量较低,羟基共检测到环状羟基、与醚作用形成氢键的羟基、羟基间氢键相连的羟基、与芳香体系形成氢键的羟基以及自由羟基等5种,氧化后的煤基氧化石墨烯表面含氧官能团以醚和/或环氧化物、自缔合羟基和OH—醚氧键/环状羟基和羧基为主,而还原后煤基石墨烯中剩余的少量含氧官能团主要为醚和/或环氧化物,其稳定性较强,通过水合肼还原难以消除。     

我国煤基石墨资源与制烯潜力

煤基石墨是石墨的重要组成部分,兼具金属和非金属的优良特性,是新兴产业的重要原材料。我国煤基石墨资源储量丰富,开发利用程度低,资源应用潜力巨大。基于当前煤基石墨勘探开发取得的重要成果及现代分析测试技术方法,探讨了接触变质作用叠加岩浆流体热作用的煤基石墨成因机制和演化规律。借助HR-TEM、XRD、Raman及磁阻等测试方法分析了煤基石墨结构表征参数,综合前人以成分指标H/C和结构指标中晶面间距d_(002)及拉曼积分面积比R_2划分煤基石墨与无烟煤的具体值,结合国家政策导向和煤基石墨原材料资源优势及石墨烯采选制备工艺方法,参照太西煤制烯的转化工艺提出以煤基石墨为前驱体制备石墨烯的构想。     

基于天然石墨溶剂热法制备石墨烯及表征

以黑龙江鸡西天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummers法制备氧化石墨。以乙二醇为溶剂、氨水为辅助还原剂,通过溶剂热法制备还原氧化石墨烯。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、原子力显微镜(AFM)对产物的结构、谱学和形貌进行分析表征。结果表明,溶剂热法对氧化石墨表面含氧官能团去除彻底,可制得具有较高还原程度的石墨烯。     

酸化辅助Hummers法制备高性能石墨烯

以天然鳞片石墨为原料, 采用Hummers法制备氧化石墨, 制得的氧化石墨经超声波振荡得到氧化石墨烯, 在还原剂水合肼作用下加热回流制得石墨烯纳米材料。采用X射线衍射仪与拉曼光谱对天然石墨、氧化石墨和石墨烯进行表征, 透射电子显微镜观察石墨烯样品形貌, 并使用三电极体系进行循环伏安法测试, 分析石墨烯材料的电化学性能, 结果表明, 石墨烯为褶皱状薄层结构, 衍射峰宽化且强度较弱, 完整度介于石墨和氧化石墨之间, 堆垛取向为无序的石墨结构。石墨烯的双电层电流远大于XC-72导电炭黑的双电层电流, 相对于XC-72, 石墨烯具有更高的电化学活性面积。     

热膨胀剥离法制备石墨烯及其表征

以-48μm高纯鳞片石墨为原料,先采用Hummers法制备氧化石墨,再采用高温热膨胀剥离法制备石墨烯.利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、N2吸附-脱附(BET)等研究了氧化石墨及石墨烯的晶体结构、表面官能团、表面形貌、比表面积、孔径分布等.XRD研究结果表明,氧化石墨层间距为0.94 nm,原有的石墨峰消失;热膨胀所得石墨烯(2θ=25.6°,d(002)=0.348 nm)为无定形态.FT-IR分析表明,石墨氧化过程中结构层间形成大量含氧官能团,经高温还原后仅残存部分含氧官能团.石墨烯具有较高的比表面积(336.7 m2/g),其厚度在0.4～0.7nm之间,为1～2层石墨烯.     

氧化程度对3D rGOs形貌结构及吸附性能的影响

通过改变氧化剂用量制备不同氧化程度的氧化石墨(GO),经超声分散,水热还原制备出系列三维还原氧化石墨烯(3D r GOs),采用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱和紫外可见分光光度计等分析测试手段研究了氧化程度对3D rGOs形貌结构、光谱特征和吸附性能的影响。结果表明:随着氧化程度的增加,水热还原产物在微观上由多层堆积的片状结构逐渐转向均匀多孔网状结构,最后转变为断裂碎片交联的网状结构。吸附容量随氧化程度的增加先增大后减小,当GO羟基含量最多而环氧基含量最少时,3D rGOs吸附性能最好,对罗丹明B、亚甲基蓝和甲基紫吸附量最高分别可达90.9、145.4和237.4 mg/g。     

京西煤制备氧化石墨烯分子结构模型的构建与优化

随着煤基碳材料的发展,石墨烯及石墨烯氧化物等二维碳纳米材料已成为目前新型材料中重要研究领域并成为研究热点。为查明煤基氧化石墨烯的化学成分组成和分子结构特征,以北京西山矿区侏罗纪门头沟系的8号煤层无烟煤为碳源,对京西原煤样和脱灰样进行了工业分析和元素分析,京西煤属于品质较好的低灰、低挥发分和特低硫无烟煤,脱灰后京西无烟煤的灰分产率从初始的9.26%下降到0.65%,表明矿物得到了有效去除。利用改良的Hummers氧化还原法制备煤基氧化石墨烯,并对制备的氧化石墨烯进行了核磁共振碳谱(~(13)C-NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X-射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段测试。通过Origin软件对所得数据进行分析和图谱拟合,得到了所制备煤基氧化石墨烯产品的元素比和产品结构参数。研究表明:京西煤基氧化石墨烯的芳香结构以苯、萘、蒽和菲为主;脂肪碳以次甲基、环烷烃的形式存在,其中含氧官能团以酚羟基和醚氧基为主,还含有大量的羧基。在此分析数据的基础上,构建了京西煤基氧化石墨烯的分子结构模型,并运用~(13)C-NMR预测软件ACD/CNMR predictor对其进行了结构修正,所得到的GO-JX分子结构模型与试验核磁共振图谱较一致。     

天然鳞片石墨微波法制备石墨烯及其电容性能

以天然鳞片石墨为原料,采用Hummer法制备氧化石墨,再利用微波法热还原氧化石墨制备石墨烯,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电性能测试等方法研究微波时间对石墨烯微观结构和电容性能的影响.结果表明,采用微波法可以将氧化石墨彻底还原为无定形的多层片状石墨烯,随着微波时间的延长,石墨烯的剥离效果越明显,比表面积呈现先增大后降低的趋势,微波处理90s制备的石墨烯比表面积为353.2 m2/g.随着微波时间的延长,石墨烯的电容量先升高后降低,倍率性能和循环性能先增加后趋于稳定,微波处理90s获得的石墨烯电容量为343 F/g,经过500次循环后容量保持率达98.5％,展示了良好的循环性能和倍率放电性能.     

热变煤的变质演化纳米特性及其类石墨结构特征

热变煤所处地质条件明显异于正常变质作用煤，由于受到直接接触的岩浆侵入体影响，热变煤一方面经受了快速升温缓慢冷却的受热过程，另一方面也受到侵入体接触挤压带来的额外应力作用，这使得热变煤的碳纳米结构变化明显异于正常变质作用煤。为揭示热变煤中碳纳米结构的特殊性，基于X射线衍射(XRD)与高分辨率透射电镜(HRTEM)分析手段，研究热变煤的微晶结构参数演化，同时对热变煤中碳纳米结构类型及其成因进行系统分析。结果表明：与深成变质作用煤相比，热变煤的微晶层间距更接近石墨微晶。在镜质体反射率小于10%时，热变煤的层间距和L_a/L_c均呈现三阶段变化。在热变煤中，识别出4种碳纳米结构，即无序芳香簇结构、芳香同心环状结构、涡层结构和类石墨状结构。其中，类石墨状结构主要出现在颗粒边缘、显微组分相互挤压面上以及孔隙裂隙边缘处，其成因与颗粒内部应力有关。相比于其他3种碳纳米结构，类石墨状结构的定向性更好，同时其芳香层片的长度也更长。与正常变质煤受热形成的类石墨结构不同，热变煤颗粒边缘类石墨结构的层间距更小而延展度更大。基于此，通过改进的Hummers法可从热变煤中制备...     

废旧电池制备氧化石墨烯

论文针对废旧锌锰电池中的碳棒进行高附加值回收利用,采用改进的Hummers法从废旧锌锰电池中回收制备氧化石墨烯,考察了低温反应时间、中温反应时间、高温反应时间、高锰酸钾用量、浓硫酸用量和不同干燥方式对制备产品氧化石墨烯的影响。结果表明：以碳棒为原料制备氧化石墨是可行的,当石墨粉用量为1g时,高锰酸钾5g、浓硫酸20 mL、低温反应时间2 h、中温反应时间4 h、高温反应时间30 min,可制备得到氧化程度较高的氧化石墨烯。     

氧化石墨烯的制备与改性研究

用改进的Hummers法制备了氧化石墨, 经超声和离心处理, 将氧化石墨转化为氧化石墨烯胶体(Graphene Oxide, GO), 用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对GO进行改性制备了改性氧化石墨烯(Modified GO, MGO), 采用FT-IR、AFM、TEM、SEM、TGA等手段对材料结构和性能进行了表征, 结果表明: 所制得的GO胶体具有很好的悬浮稳定性, 其厚度小于1.16 nm, 表面含丰富的含氧官能团, GO片层呈现出很多皱褶; CTAB与GO之间存在化学键键合作用, 改性后GO的热稳定得到一定程度的提高。     

陕西凤县高煤级煤分子结构模型的构建与结构优化

分子模拟可从分子尺度探究高煤级煤石墨化过程中微晶结构的演化,对煤系石墨的成矿机理和开发利用具有重要意义。构建高煤级煤的分子结构模型是对其进行分子模拟的基础。通过工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13C-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段,对陕西凤县地区赋存于石炭系草凉驿组含煤地层中的高煤级无烟煤的分子结构进行了研究,发现凤县无烟煤的芳香结构以萘、蒽和菲为主;脂肪碳以亚甲基、次甲基、脂肪侧链和环烷烃的形式存在,其中脂肪侧链以短链为主;含氧官能团以酚羟基和醚氧基为主,还含有少量的羰基;吡咯型氮是氮元素的主要赋存形态;硫元素的主要赋存形式是硫醇硫酚。依此构建了其大分子平均结构模型,并对构建的模型进行了结构优化和退火动力学模拟。经退火动力学模拟后,模型的总能量明显降低,模型中的芳香片层趋于规整的平行排列。在最终模型的能量构成中,非键结势能大于键结势能,是保持煤结构稳定的主要因素。范德华能在非键结势能中占主导地位,归因于高煤级煤中芳环之间的π-π相互作用,该作用是保持高煤级煤结构稳定的主要能量来源。本研究对凤县高煤级煤分子结构模型的构建为从分子尺度研究高煤级煤石墨化的微晶结构演化提供了模型基础。     

中国煤中硒的分布特征及其可选性研究

通过对中国煤种资源数据库1018个煤样中硒含量数据的统计分析，以及对若干煤田煤中硒赋存状态的试验研究，讨论了中国煤中硒的分布和赋存特征，认为煤层是地球上硒富集的主要地质体，中国煤中硒含量总体偏高，硒在煤中不同组分中的赋存状态较复杂，“高硒煤”和“低硒煤”中碱赋存特征差异较大，应加强煤中硒在煤炭洗选，气化等加工和利用过程中迁移转化规律的研究。     

用X射线衍射法研究无烟煤的石墨化转变

以无烟煤做原料,经2种不同的前期处理和相同的石墨化条件加工,获得了2种样品。用X射线衍射法分析发现1种样品是纯的多晶石墨,它们的微晶结构参数La值平均为29.0nm、Lc值平均为23.1nm,Dx平均为2.253g/cm3,石墨化度平均为88.5%;另外1种样品是纯的单晶石墨,它们的微晶结构参数La估计在1μm以上,Lc值平均为17.3nm,Dx值接近于石墨的理论密度,石墨化度平均为91.0%。初步掌握了用无烟煤分别合成多晶石墨和单晶石墨的方法。     

煤基活性炭的原料煤适应性

选取三种性能差异较大、有代表意义的依兰精煤、太西无烟煤和四川无烟煤为原料 ,通过适当地调整工艺参数 ,在实验室生产出具有较好吸附性能的活性炭 ,这表明煤基活性炭具有较广泛的原材料煤适应性 ;试验证明 ,原料煤的性质不同 ,生产出的活性炭有不同的孔径分布和吸附特点。     

石墨烯的制备方法及其应用领域的研究进展

石墨烯是由碳原子构成的只有单层原子厚度的二维晶体,具有特殊的光学、电学、热学、力学、磁学等优异性能。针对石墨烯独特的优势,分析了其主要制备方法的产品质量、尺寸、量产规模和优缺点,包括微机械剥离法、氧化石墨还原法、晶膜生长取向附生法、碳化硅(SiC)表面外延生长法、赫默法(Hummer法)、化学气相沉积法(CVD)和切割碳纳米管法等,探讨了石墨烯材料在材料物理、能源电子、生物医学以及环境保护等各个领域的推广应用和发展前景,展望了石墨烯材料的未来应用潜力、商业价值及高端领域中现有制备方法的应用缺陷,从而为更好地开展高质量、产业化、可实用化石墨烯的应用与研发打下了一定的理论基础。     

还原剂种类对高磷鲕状赤铁矿直接还原提铁降磷的影响

以褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭为还原剂, 使用直接还原-磨矿-磁选的方法, 对高磷鲕状赤铁矿煤基直接还原提铁降磷过程进行了详细研究。结果表明: 不同温度条件下, 不同还原剂对还原铁的铁品位、铁回收率和磷品位影响趋势相同。在1 150 ℃时, 焦炭对直接还原提铁降磷并没有明显优势, 调节不同煤或者焦炭的用量都可以达到铁品位90%以上, 磷品位0.1%以下, 铁回收率80%以上的指标; 另外煤的变质程度越高, 所需煤用量越少。