生物质水热过程中水热炭理化结构演变特性

为了解生物质水热炭化过程中水热焦炭的形成机制及其理化结构的演变机理,通过选择不同的原料、反应温度、时间等影响因素,利用高温高压反应釜,对生物质水热过程中水热炭的形成和理化结构演变进行系统分析,揭示水热过程中生物质的热分解机理。研究发现:原料不同其水热炭特性明显不同;木材和秸秆类生物质得到的水热炭有较高的产率和热值;虽然水生植物水葫芦所得到的水热炭产率较低,但其形貌最好,可作为一种新型的生物质炭材料,从而提高生物质资源的利用价值。反应温度和停留时间对水热转化均有明显影响,温度对焦炭的化学特性具有明显影响;而停留时间对焦炭的物理特性有明显影响。     

生物炭应用于超级电容器电极的研究进展

生物质资源储量丰富,可通过热化学等方法转化制备性能优良的生物炭。生物炭材料具有较大的比表面积、较高的孔隙率、丰富多样的孔道结构以及优良的导电率,将其作为超级电容器电极材料有利于提高双电层超级电容器的电化学性能,应用前景良好。通过介绍两种超级电容器工作原理,总结了生物炭作为电极材料的制备和改性方法,论述了生物炭的比表面积、孔道结构和表面官能团对双电层超级电容器电化学性能的影响,综述了近几年生物炭的制备方法和改性工艺对炭材料电极的电化学性能影响。可为生物炭材料在储能领域应用发展提供参考。     

Carbonization process of artifcial graphite coated with asphalt

为了提高人造石墨包覆后的炭化收率和电化学性能，本文采用改性沥青对人造石墨进行包覆，并经预氧化处理后再炭化。采用激光粒度分布仪、振实密度仪和比表面及孔径测试仪对炭化样品进行表征，并进一步对其电化学性能进行了研究。结果表明：炭化过程加入预氧化处理，有效地改善了结块现象，并极大的提高了负极材料的电化学性能。     

Synthesis and lithium storage property of high-performance N-doped reduced graphene oxide

石墨烯是一种具有高比表面积、高导电性和良好化学稳定性的新型二维碳材料,在电化学储能领域具有广阔的应用前景。氮原子掺杂可以制造结构缺陷并改变电荷分布,有利于增强其电化学储能性能。本工作以尿素为氮源,与氧化石墨烯混合冻干,经过高温热还原制备出氮掺杂石墨烯材料,研究了热还原温度对其化学组成、形貌结构以及电化学储锂性能的影响。研究结果表明,随着热还原温度的升高,材料的氮含量下降,石墨化程度升高,电导率提高。将其作为负极材料组装成锂离子半电池进行测试,样品N-rGO-800在0.05 A/g的电流密度下表现出高达876 mA·h/g的稳定比容量,优于目前文献报道的比容量。在1 A/g的大电流密度下,其依然具有584 mA·h/g的比容量,经过850圈的长循环,容量保持稳定,显示出该材料优异的循环和倍率性能。     

N/P比对磷酸铁锂电池性能的影响

为了探究不同N/P对磷酸铁锂电池性能的影响,以磷酸铁锂为正极材料,人造石墨为负极材料,通过叠片工艺制备了4种不同N/P比(1.02、1.06、1.10、1.14)的磷酸铁锂电池,并通过电化学测试表征了不同N/P下电池的首次放电效率、倍率充放电性能、充放电DCR、高低温放电以及45℃循环性能.结果表明:相比于N/P(1....     

温度对秸秆生物炭理化特性和电化学特性的影响

采用程序升温限氧法,在不同温度下制备小麦秸秆生物炭,探究其表面形态、官能团和理化特性随碳化温度升高的演变规律。在此基础上设计基于生物炭的电极,并对其电化学性能进行测试。结果表明：生物炭内部保留了秸秆纤维素多层的束状结构,呈层状、狭缝型非均匀的孔道。随着碳化温度的升高,其表面形态经历蜂窝状小孔、多层维束结构坍塌、边缘熔融和表面析出结晶盐4个阶段。秸秆生物炭具有优越的电容性能,以WB600 ℃的电化学性能最为突出。当碳化温度≥600 ℃时,在波数1430~1870 cm^-1之间,还出现众多杂乱的弱峰。这是由于随着碳化温度的升高,生物炭中—CH==基团转化为C==O基团,生成具有环状结构的得电子基团——醌类。     

石油炼厂加工纤维素/木质纤维素生物质原料的前景

生物质热解与生物油改质、生物质气化与合成气费-托转化工艺是正在研究开发的第二代生物燃料技术,前者利用快速热解工艺对生物质进行热解或热加氢改质生成热解油;后者用生物质直接合成或先转化为生物油后再生成合成气,合成气经改质和转化生产费-托合成烃。许多石油公司都在以纤维素/木质纤维素为原料,研究开发在石油炼厂内对生物质原料进行后续加工和应用的相关技术。在石油炼厂中引入生物质原料,其挑战是要找到源自非食用生物质或生物质废弃物的原料,而且这些原料应易于运输并易于在炼厂中进行处理,同时应尽可能使用现有的工艺和装置。虽然石油炼厂加工生物质原料尚存在一些问题,但近来开发势头十分强劲。从长远角度来看,任何能为炼厂提供原料,生命周期分析证明能减少CO2排放,并在经济上可行的技术均会在生物燃料开发竞争中成为赢家。     

不同预处理温度对棉秆焦炭理化及成型燃烧特性的影响

选取棉秆为原料,采用水热与烘焙2种预处理方法提高棉秆焦炭的燃料特性.经预处理后,得到不同处理温度下棉秆焦炭,并对其理化特性及其成型燃料燃烧特性进行研究;分析水热炭与烘焙炭成型过程及成型能耗、松弛密度、抗压强度和燃烧性能.结果表明:预处理后的生物质性能明显改善,C含量与高位热值(HHV)均有显著提升,但水热炭与烘焙炭成型...     

生物质组分热解气化特性研究现状

为了提升生物质气化气热值,减少焦油产率,越来越多的研究者开始试图从生物质组分的角度对热解气化特性进行探索.概述了碱金属、温度、压力、升温速率在热解气化过程中对生物质组分造成的影响,以及纤维素、半纤维素、木质素、萃取物和组分间相互作用对生物质热解气化过程造成的影响.提出了在二组分相互作用研究的基础上,应继续开展三组分相互作用的实验研究,以及生物质模化物和生物质原料化学结构差异对生物质原料热解气化特性的影响.此外,提出了采用单变量对照实验方法研究单变量的作用大小.     

生物质三组分与成型秸秆燃烧特性及反应动力学研究

基于热重分析法,对生物质三组分纤维素、木聚糖、木质素及成型秸秆的燃烧特性及化学反应动力学进行实验研究。结果表明:成型秸秆的燃烧特性是生物质三组分共同作用的结果,其中纤维素和木聚糖燃烧失重都集中在挥发分析出和焦炭燃烧阶段,木质素在本次实验的温度范围内(1400℃)持续失重,高于900℃的温度情况下仍有2个明显的失重峰,成型秸秆具有很好的综合燃烧性能。在270~360℃的燃烧区间内,由实验数据拟合得到数学模型,求解出活化能E,指前因子A,结果显示生物质三组分和成型秸秆均遵循一级动力学规律。在高温燃烧区间内,木质素在900~960℃的温度区间内遵循三级动力学规律,在1130~1200℃的温度区间内遵循四级动力学规律。     

红柳基锂电池负极材料的制备及电化学性能

以中国西北地区特色植物红柳为碳源,经过干燥、热解和酸洗等处理,通过机械破碎的方法制得纳米碳颗粒(CRN),以其为主要活性材料制备了锂电池硬碳负极并研究了电化学性能.利用X射线衍射仪(XRD)、激光显微拉曼光谱仪(Raman)以及扫描电镜(SEM),分别对所制备CRN的物相结构、石墨化程度和表面形貌进行对比分析.采用恒流充放电对所制备的负极材料进行比容量、倍率和循环稳定性测试,使用电化学工作站(CHI660E)分析了负极材料的交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV).结果表明,干燥后的红柳经过500、600、700和800℃的低温热解和HCl酸洗处理后,低温热解温度为600℃时所制得的CRN循环稳定性、比容量和倍率性能最佳.本研究表明,以红柳为碳源制备的CRN完全可以用于锂电池负极材料.     

生物质基掺氮多孔炭材料研究进展*

掺氮多孔炭材料因其发达的孔结构、丰富的官能团以及良好的稳定性等特点,应用广泛。生物质来源广且价格低廉,以其为原料制备掺氮多孔炭材料是当前研究的热点。针对不同生物质制备生物基掺氮多孔炭材料的工艺及关键影响因素进行综述,分析了氮的赋存形态及形成机理,介绍了其在储能、催化、吸附等领域的应用,并对未来的研究方向进行了展望。     

硬碳包覆人造石墨作为锂离子电池负极材料的快充性能评价CSCD

电动汽车及混合动力汽车的发展对锂离子电池的功率特性提出了更高的要求.目前商业化的锂离子电池负极材料以石墨为主.然而石墨材料的层间距较小(0.335 nm),锂的扩散受到限制,不利于大电流充电.因此,制备和评价具有快充能力的石墨负极材料将有力推动锂离子电池在电动汽车中的应用.本文选择了一种小粒径(约6.7 μm)人造石墨,通过包覆硬碳进一步提高材料的快充性能.采用SEM、BET等表征材料的物理指标.考察材料首次充放电曲线、倍率、电化学阻抗和锂离子扩散系数等,评价硬碳包覆对快充性能的影响.     

废锂离子电池石墨负极材料利用处理技术研究进展北大核心CSCD

电动汽车产业的快速发展对中国实现碳达峰、碳中和目标意义重大。动力电池作为电动汽车的动力来源与核心部件,其报废后的高效清洁利用处置是推动电动汽车行业可持续发展的关键。负极材料是决定动力电池电化学性能的关键因素之一,石墨因具有导电率高、可逆容量高和循环性能稳定等优点,成为当前主流商业化负极材料。相较于锂、镍和钴等高价值关键金属,石墨负极材料的回收尚未引起足够的重视,其产业化高效清洁利用技术尤为缺乏。本文在系统分析全球及我国石墨资源储量、产量和主要应用领域的基础上,综述了废锂离子电池石墨负极利用处置技术最新研究进展,着重剖析了物理和化学回收法的技术现状,并总结了再生石墨及其产品的二次利用途径。基于此,建议强化石墨负极材料高效清洁利用及无害化处置产业化技术研发,进一步拓展再生石墨及其产品的利用途径。     

石墨负极材料形态对LiFePO4动力电池性能的影响

本文分别以树脂包覆天然石墨（RCNG）、人造石墨（AG）和中间相碳微球（MCMB）为负极材料,制备了三种不同的圆柱形磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池。通过X射线衍射分析仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的晶体结构与形貌进行表征,并采用多种手段测试了各动力电池的电化学性能。结果显示,磷酸铁锂/中间相碳微球（LFP/MCMB）电池表现出较为优异的电化学低温、倍率和循环性能,其在 −20℃下的1 C容量保持率为61.04%,6 C高倍率容量保持率和温升分别为87.52%和24.8℃,3 C循环1 000次后容量保持率为93.81%。     

生物质纤维素基多功能材料构建及其在新型能量存储方面的应用北大核心CSCD

生物质材料细胞壁物质的高效分离及功能化直接关系着废弃生物质的高值化应用。作为生物质材料细胞壁的三大组分之一,纤维素纳米纤丝已经被广泛用于构建独特纳米结构和功能的复合材料如三维结构气凝胶、自修复水凝胶、纳米微晶光子膜、光敏感织物等。探索一条生物质纤维素高值化、实用化发展路径显得尤为重要,本文围绕生物质纳米纤维素的分离提取和功能材料的构筑及其在新型能源存储方面的应用进行论述。首先,简要叙述当前纳米纤维素的化学结构及其作为多功能材料结构单元的优势,并从实验条件、环保、经济、纤维得率与质量的角度分析了生物基纳米纤维素分离制备方法的发展历程和优缺点;然后,介绍了纳米纤维素基纤维、薄膜、气凝胶、碳气凝胶的微/纳米结构、化学键、力学性能在热管理器件如建筑制冷器、太阳驱动式水蒸发器中太阳能的散射与吸收、红外发射、水分的吸收与传导和电化学能源储存中柔性电极的设计、亲锂型隔膜及碳基集流体等功能材料的构建过程中所发挥的作用。最后,从生物质材料的特异性结构的利用、组分的提取分离与转化、复合材料构建角度对纳米纤维素的未来研究方向进行了展望。     

水热处理对生物质成型炭理化性质的影响

棉秆(CS)及木屑(WS)经高压反应釜水热预处理后压制成型,并于固定床热解炉内进行炭化实验,利用电子万能材料试验机、热重分析仪等分析手段分析水热预处理对生物质成型炭的产率、物理性能(机械强度和表观密度)、热值及燃烧性能的影响。研究表明:随着水热温度的升高,生物质成型炭的产率增加且热值稳定,但燃烧性能变差;经水热预处理制得的生物质成型炭灰分产率均小于18%,固定碳产率均大于60%,满足欧标要求;随着水热温度的升高,生物质成型炭的表观密度及抗压强度均先增加后减小;对比所有实验样品,经230℃水热预处理制得的生物质成型炭(CS/WS-HT230-CB)物理性能及燃烧性能最佳,且均优于商用烧烤炭性能。     

原料种类及热解温度对生物质炭理化特性影响的试验研究北大核心CSCD

为探究生物质原料和热解温度对生物质炭理化特性的影响,文章分别对松子壳、油茶壳、木屑和稻壳进行连续热解试验,获得生物质炭产物。通过对生物质炭的产率、工业分析与热值、吸附值、孔隙结构及表面官能团等理化特性的全面表征,研究原料种类及热解温度对生物质炭理化特性的影响。研究结果表明:松子壳炭、油茶壳炭、木屑炭的热值均大于标准热煤的热值;原料的挥发分含量越高,生物质炭的产率就越低,原料的灰分含量与生物质炭的灰分含量的变化趋势相一致;当热解温度为500℃时,4种生物质炭均可以形成较丰富的中、大孔隙结构,但松子壳、油茶壳等硬壳类生物质炭的微孔更为发达;随着热解温度的升高,生物质炭产率不断下降,生物质炭所含官能团的种类发生变化,数量逐渐减少,孔隙数量也减少,生物质炭的吸附能力减弱。     

生物炭基材料在生物柴油制备中的研究进展

不同种类的生物质原料可通过热转化的方式制备生物炭,由于其独特的特性被广泛应用于不同的研究领域。近期,随着生物炭合成方法的大规模涌现,生物炭及生物炭基材料相关的研究广受关注。总结了生物炭基催化剂在生物柴油制备（酯交换/酯化反应）过程中的研究现状,简要描述了生物炭催化剂的设计和合成方法,并总结了生物炭催化剂在制备生物柴油中的应用,最后归纳了生物炭基催化剂在生物柴油制备中存在的问题,对今后的研究重点及前景做出展望,以期为将来低成本生物炭基催化剂的制备以及生物柴油合成的研究和发展提供指导建议。     

木质纤维素类生物质热解转化研究进展

综述了木质纤维素类生物质热解技术的研究进展,总结了不同生物质原料的热解机理,分析了产物的组成和性质,研究了产物的调控、改性和应用。指出未来的研究方向应该集中在以下几方面：技术改进,致力于改进生物质热解技术,提高能源转化效率和产物选择性;产品多样化,除了生物质热解产生的主要能源产品,如生物炭、生物油和生物气,还应着眼于开发高价值的化学品和材料,包括生物基化学品、特殊化学品和高性能材料;集成系统,应尝试将生物质热解与其他能源转化技术相结合,形成多能源联供系统,与生物质发酵、光催化、电解和储能等技术集成,以提高整体能源系统的效率和可持续性。