闪热解对烟煤焦结构及活化过程孔隙生成的影响

采用闪热解方式在不同温度(500,800和1 000℃)和停留时间(10和40 min)条件下制备分级孔活性炭。使用SEM分析煤焦表面形貌,N_2吸附获得孔结构参数、XRD和Raman分别获得芳香层片尺寸和不同杂化炭结构参数。通过活化过程与慢速热解焦结构参数的变化进行对比,探究不同煤焦的碳损失与孔隙形成机制。研究结果表明,闪热解终温是控制中孔生成的主要因素,停留时间影响微晶形态及其空间结构的变化。慢速热解焦(M800-10)烧失率为53.6%时,其比表面积为663.19 m~2/g,微孔孔容为0.246 m~3/g,颗粒表面已被严重刻蚀。闪热解焦(K800-40)烧失率为25.2%时,比表面积为859.14 m~2/g,微孔孔容为0.34 m~3/g,具有明显分级孔结构特征,外部无明显刻蚀。在最佳的闪热解工况下制备前驱体煤焦,可有效消除活化气体和活化产物的内扩散阻力,使颗粒内部和表面同时发生烧失生成大量微孔,有效抑制了颗粒表面烧失并降低活性炭制备成本。     

基于活化过程碳烧失特性的孔结构发展机制

以太西无烟煤和大同烟煤为原料,在不同活化温度下制备了烧失率10%~75%的活性炭。研究了活化过程中无规则碳和微晶单元结构的烧失特性,并分析了表面碳烧失特征;结合不同活化阶段的孔结构特性,分析了微孔、中孔形成及发展机制。结果表明,当烧失率低于30%时,以无规则碳烧失为主,无烟煤活性炭主要形成1.35 nm以下的微孔,而烟煤活性炭同时形成微孔和中孔结构,且中孔孔径可达到50 nm。随烧失率的增加,微晶结构参与反应,当烧失率超过50%时,层片尺寸和堆积厚度均明显减小。此时无烟煤活性炭在微晶结构间发生扩孔作用,持续发展2~4 nm的中孔,同时微晶层间距增加也可发展极微孔。烟煤活性炭微晶单元尺寸显著减小,会造成孔结构坍塌或萎缩,导致原有孔容积降低。     

改性活性炭的粒级对吸附金-硫代硫酸根络离子的影响研究

硫代硫酸盐提金法是最有望取代氰化法的无毒提金方法，但浸出液中金-硫代硫酸根络离子(Au(S₂O₃)^3-₂)无法经济有效地回收阻碍了该方法的工业应用。为了提高活性炭对Au(S₂O₃)₂^3-的负载量，本文以三种粒级的活性炭为原料，采用三聚氰胺浸渍-高温热活化法制备了改性活性炭。通过静态吸附法、孔径与比表面积分析仪、SEM-EDS和XPS等方法详细研究了三聚氰胺用量、浸渍温度、热活化温度和时间等对改性活性炭吸附Au(S₂O₃)₂^3-的影响和吸附机理。研究结果表明，粒级为0.45～0.90 mm的活性炭添加3.75%的三聚氰胺，50℃下浸渍改性后，在温度为750℃下热活化60 min,制备的活性炭对Au(S₂O₃)₂^3-的负载量最大，为553.35...     

煤气化渣浮选精炭理化特性研究

煤气化灰渣高效环保资源化利用是目前煤化工固废领域研究的热点，即对气化渣增值化和规模化消纳技术开发的需求极为迫切，但对残碳高值利用等暂无大规模资源化的处置方案。采用N₂吸-脱附、扫描电镜(SEM)、碘吸附等手段对浮选精炭的孔径分布和吸附性能进行分析表征，依据GB/T 7702.7—2008和GB/T 7702.6—2008进行精炭的碘值和亚甲蓝值检测及不同分子水平的吸附性能表征，采用物理活化和化学碱活考察浮选精炭制活性炭过程的活化反应性能。结果表明：气化渣浮选精炭具有低挥发分、低硫、低H/C原子比和低活化反应性能的特点，煤质特征与变质程度最高的1号无烟煤接近，灰成分中Si-Al酸性氧化物含量接近70%。气化渣浮选精炭的分子结构致密，碱性物质的存在有利于促进活性炭制备的活化反应。浮选精炭初具一定的比表面积，孔结构为介孔尺度，具有一定的大分子液体吸附性能，碘值和亚甲蓝值未达到工业水处理用活性炭技术指标，需对其进行进一步活化处理。浮选精炭经过气化炉的高温历炼后活化反应性能大幅降低，可适量添加低变质煤和适宜的黏结剂混合成型，辅以高活性助剂并通过活化工艺参数调整和添加高活性助...     

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。     

煅烧温度及气氛对浮选尾煤的火山灰活性及固碳性能的影响

经热活化后的浮选尾煤是制备胶凝材料的理想原料，但热活化引起的碳排放极大地限制了其绿色资源化利用。在提高火山灰活性的同时有效减少因热活化产生的碳排放是尾煤大规模工业化利用的前提。利用纯CO₂气氛代替烟气中的CO₂,初步探索了尾煤在烟气中活化同时对CO₂捕集的可行性。通过对比空气及CO₂气氛煅烧后尾煤的物化性质，分析了活化协同固碳与传统尾煤煅烧的火山灰活性差异以及尾煤的固碳性能。利用XRD、N₂吸附及TG分析了2种气氛活化固碳后尾煤的物化结构及固碳性能，利用尾煤与水泥混合后结石体的抗压强度为指标对活化固碳后尾煤的火山灰活性进行了评价，以活化固碳后尾煤中增加的CaCO₃质量为指标评价尾煤的固碳性能。通过研究不同龄期结石体的物化结构，揭示了固碳对尾煤水泥水化过程影响的机理。结果表明：空气气氛煅烧尾煤的火山灰活性高于CO₂气氛煅烧尾煤。空气及CO₂气氛下尾煤最佳活化温度为700℃,火山灰活性贡献率分别为29.98%、15....     

炭化/活化温度对碳酸钾活化玉米芯生物炭吸附苯的性能影响

生物炭作为一种新兴的碳质吸附剂，具有良好的VOCs控制功能。以玉米芯为原料，制备了一系列生物炭(BCx)和碳酸钾活化生物炭(KBC-x-y)(其中，x为炭化温度，y为活化温度)用于吸附苯。利用热重分析、氮气吸附-脱附、扫描电镜(SEM)以及元素分析(EA)等方法获得了生物炭(质)样品的热解特性、比表面积、孔容孔径、表面形态及原子占比等，通过吸附实验考察炭化温度/活化温度对生物炭吸附苯的影响。结果表明：碳酸钾活化后的生物炭比表面积最高可达576.76 m²/g，孔容积为0.325 m³/g，对苯的最大吸附量达到82.51 mg/g(较未活化生物炭提升2.9倍)；炭化温度与吸附能力呈现正态分布的趋势，吸附能力随着炭化温度的升高而增强，但过高的炭化温度(> 800℃)会导致气孔堵塞、数量减少，比表面积降低，吸附能力下降；低温/高温炭化下，生物炭吸附能力随活化温度变化呈现出相同趋势；高温炭化后(800℃)，最佳活化温度为400℃(KBC-800-400)，活化温度太高会导致微孔孔壁破碎以及挥发物的烧结效应，从而降低吸附能力，较低的活化温度未能使...     

原料煤的结构特性和添加剂对活性炭孔隙结构及吸附CO2 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、CO₂ 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CO₂ 的性能最佳;3 种添加剂中NH₄Cl+KNO₃ 效果最为显著,制备的活性炭比表面积为1 093 m² / g,微孔孔容为0. 415 mL/ g,CO₂ 的吸附量为2.41 mmol/ g(0.1 MPa,25 ℃)。     

采空区遗煤吸附电厂烟气中CO2影响因素研究

利用采空区煤岩的吸附特性封存CO₂，不仅可以降低碳捕集与分离成本，还能实现防治采空区遗煤自燃的目的。采用常温常压吸附试验、ASAP比表面积和孔径分析试验，探究了孔隙结构、矿物质含量和含水率对煤吸附CO₂特性的影响，拟合了影响煤吸附CO₂因素的定量关系方程，并通过随机森林算法计算了各影响因素的重要性权重。结果表明：大南湖(DNH)矿、鹤岗(HG)矿、同忻(TX)矿区3种煤的孔径分布规律基本一致，孔径范围在0.5～0.7 nm和0.8～0.9 nm内的孔数量较多，在0.7～0.8 nm的孔数量较少；微孔数量是导致3种煤对CO₂吸附能力差异的根本原因。常温常压条件下，煤对CO₂的饱和吸附量随比表面积的增加而增大，随矿物质含量和含水率的增加而减小，且煤的微孔数量越多，矿物质含量和含水率对吸附量的影响越显著。煤在达到临界含水率后，由于水分子阻碍了CO₂分子的流通通道，导致CO₂分子无法进入煤内部的孔隙中，CO₂饱和吸附量逐...     

煤基碳纳米片宏观体的结构调控及电化学性能

煤炭的洁净加工与高效利用是国家实施能源发展战略的核心内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一。以自制煤基石墨为原料,采用液相氧化-热还原工艺制备三维层次孔煤基碳纳米片宏观体(CCNSs),利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、低温氮气吸附仪、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征其微观结构,并采用恒流充放电和循环伏安测试探究CCNSs用作锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,煤基石墨经液相氧化-热还原处理可制备出富含多孔结构和石墨微晶片层的碳纳米片宏观体。氧化剂用量是影响CCNSs微观结构的重要因素,通过调节氧化剂的用量可实现对CCNSs中多孔结构和石墨微晶片层结构的有效调控。当氧化剂与煤基石墨的质量比为4时,CCNSs-3材料以相互交联的类石墨烯片层为主体骨架,辅以孔径为1.5～100 nm的"微孔-中孔-大孔"层次多孔结构,共同构筑成3D层次孔煤基碳纳米片宏观体,其石墨微晶含量约为38.9%,比表面积达285.6 m²/g,且含有5.47%的氧原子掺杂。在3D层次孔结构和石墨微晶片层的协同作用...     

晶须对碳碳复合材料组织和力学性能的影响

添加硅灰石(CaO·SiO₂)晶须制备碳纤维预制体, 并在980 ℃下进行化学气相沉积, 高温石墨化处理后制备得到CaO·SiO₂晶须改性的C/C复合材料。利用SEM、金相显微偏光分析以及力学实验等方法研究了预制体结构对基体微观结构、物理性能和力学性能的影响。实验结果表明: 添加CaO·SiO₂晶须会诱导热解炭呈锥形生长, 同时在石墨化过程中会诱导热解炭的组织结构发生有序性转变, 与基体反应生成SiC二次纤维。添加CaO·SiO₂晶须使得复合材料的石墨化度由31.6%提升至41.1%, 导热和导电性能相比于未添加晶须时分别增加了71.7%和14.3%, 复合材料的弯曲强度相比于未添加晶须时提升了5%。     

不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其研究意义

煤层气的赋存和产出与煤储层孔隙系统的发育程度有关,原生结构煤层受到破坏变形后其孔隙结构特征将发生明显的变化,从而影响煤层气的吸附/解吸和扩散过程。通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层不同煤体结构样品进行低温液氮、低压二氧化碳吸附分析和等温吸附试验,分析了不同破坏强度煤的孔隙结构和吸附性变化规律;应用试验数据和数值分形模型,揭示了不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其对煤中甲烷吸附、扩散的影响。结果表明：随着煤体结构破坏强度的增大,煤的比表面积和孔隙容积均增大,50～300 nm的孔隙所占比例逐渐降低,2～50 nm的微孔和中孔以及小于2 nm的超微孔增加,超微孔为煤中主要吸附孔,孔径主要分布在0.45～0.65 nm和0.80～1.0 nm。N₂、CO₂和CH₄的吸附量随煤体结构破坏程度的增大而增加,吸附性由大到小顺序为原生结构>糜棱结构>碎粒结构>碎裂结构。微孔、中孔和大孔孔隙结构分形维数表明,构造变形后的煤孔隙结构将被简单化,破坏程度较强的煤具有较粗糙的孔隙表面(对应较高的D₁)和较为...     

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。     

机械活化石墨-Fe2O3体系碳热还原反应的热力学分析

为揭示石墨的机械活化对石墨-Fe₂O₃体系碳热还原反应热力学的影响机理, 以机械力储能作为活化程度的量度, 探讨了石墨的储能对气化反应热力学、Fe₂O₃碳热还原反应热力学的影响。结果表明, 随着储能的增加, 石墨气化反应的平衡CO压力分数增大, 从而影响石墨-Fe₂O₃体系的碳热还原热力学, 具体为: 石墨储能导致铁氧化物的碳热还原温度降低, 使Fe₂O₃的各还原产物的热力学稳定区此消彼长。以临界储能19.05 kJ/mol为界限, 石墨-Fe₂O₃体系中Fe₂O₃的碳热还原遵循两种不同顺序: 储能低于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe; 储能高于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe。     

FeCl_3和空气预氧化对煤焦结构及活化过程中孔隙生成的影响

利用铁基催化剂(3%FeCl_3)并辅以200℃下空气预氧化方法制备具有低烧失、高比表面积的鸡西烟煤活性炭。使用FTIR,SEM,N_2吸附仪、XRD和Raman获得热解和活化过程中烟煤焦微观和宏观结构的变化,研究FeCl_3和空气预氧化对煤焦结构及活化过程中孔隙生成的影响。结果表明,随着预氧化时间的延长,含氧官能团的种类和数量增多,脂肪结构被移除。热解中含氧官能团的演变和FeCl_3的催化作用,促进煤焦微观结构向无序方向转变,并形成较多孔隙,然而具有不同热稳定性的含氧官能团的热脱附行为对煤焦结构的影响更为显著。酸洗煤焦(JX-800)和单独负载FeCl_3煤焦(JXFe-800)在活化中孔隙均为逐级生成。由于两者微观结构的差异及Fe基化合物的存在,JX-800和JXFe-800分别在烧失率为53.7%和43.7%形成分级孔结构并具有相近的比表面积(549.64和600.47 m~2/g),但JX-800-53.7颗粒表面已造成严重烧失;负载后经空气氧化(15h)的煤焦(JXFeO15-800)和单独氧化氧化(48 h)煤焦(JXO48-800)的颗粒均具有较多孔隙和无序微观结构,促进活化气体的扩散,由颗粒内部和表面同时进行炭烧失生成孔隙,且颗粒表面均未发生明显烧失;由于Fe基化合物促进了活化气体与芳香结构的反应,JXFeO15-800的烧失率为30.9%时,比表面积已达到906.05 m~2/g;JXO48-800的烧失率为32.5%时,比表面积为809.69 m~2/g。     

无添加剂纳米晶聚晶金刚石块体合成及表征

以圆葱碳(OLC₁₁, 1 100 ℃及1 Pa条件下退火处理纳米金刚石所得)为原料, 在500～1 400 ℃/4～6 GPa/5～30 min条件下烧结合成无添加剂纳米晶聚晶金刚石(NPCD)块体。XRD、HRTEM、FESEM、维氏硬度等分析表明, 高温高压烧结后, OLC₁₁转变为金刚石, 同时金刚石颗粒长大连接形成D-D型NPCD块体。NPCD主要由金刚石组成, 还含有石墨和少量无定形碳。NPCD内存在大量纳米孪晶。烧结温度对NPCD的晶粒尺寸、密度、维氏硬度影响较大, 烧结压力的影响较小。1 200 ℃/5.5 GPa/15 min合成的NPCD平均晶粒尺寸、密度和维氏硬度指标较好, 分别为10.7 nm、2.70 g/cm3和32 GPa。烧结过程中, 高温高压使得OLC₁₁石墨层由内而外破裂形成金刚石颗粒, 相邻OLC₁₁通过悬键连接形成金刚石大颗粒, 再通过D-D键键合形成NPCD块体。     

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。     

压块工艺条件下煤种对活性炭孔结构发育的影响

以胜利褐煤、3种低阶烟煤（灵武煤、神木煤、大同煤）和太西无烟煤为原料,采用压块工艺制备煤质颗粒活性炭,借助煤中无机矿物质组分与含量、炭化料微晶结构参数等指标考察煤种对活性炭孔结构发育的影响。结果表明：① 随着煤化程度（Cdaf）的提高,炭化料的微晶层厚度（Lc）和石墨化度(G)升高,活性炭的比表面积（SBET）增大,平均孔径（da）减小;② 煤中的矿物质含量和组成对活性炭的孔结构发育亦有重要影响,灰分过高意味着可以造孔的有机炭含量降低,但无机质中Ca,Fe等物质会催化活化反应,促进活性炭孔的发育。压块工艺条件下,煤种（煤化程度）仍然主要通过影响炭化料内微晶尺度和矿物质组成来影响最终所得活性炭的孔结构。     

煤基吸附剂制备及其性能优化研究

以神府煤和污水污泥为原料采用微波炭化法制备吸附剂,分别考察了污泥和煤质量比、微波功率、微波炭化时间、碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭吸附性能的影响。借助孔结构分析和模拟废水处理试验,对产品的性能进行了表征。结果表明:微波功率为800W,炭化时间为12 min,碱炭比为3∶1,活化温度为550℃,活化时间为2 h时制取的活性炭的吸附性能较好,碘吸附值为786.36 mg/g,BET比表面积251.78 m2/g,对模拟染料废水脱色率为67%。     

闽西南地区煤成石墨的控制因素与成矿区带划分

石墨为国家战略性矿产资源,煤成石墨是由煤层变质而成的一种隐晶质石墨。闽西南地区位于环太平洋构造-岩浆活动带,具有良好的煤成石墨成矿地质条件。通过对闽西南地区不同演化程度的煤-煤成石墨微观结构特征的研究,认为煤向石墨演化中芳香碳层间距的逐渐减小和结构缺陷逐渐消亡的两个过程并非呈线性变化,由此以碳层间距d₀₀₂和拉曼参数R₂将其划分为煤成石墨(Ⅰ类)、煤成半石墨(Ⅱ₁和Ⅱ₂类)、石墨化无烟煤(Ⅲ类)和高变质无烟煤(Ⅳ类)4种类型,并提出了划分煤成石墨类型的模板。煤成石墨的形成和分布受到岩浆-构造活动的制约,由燕山期大规模的岩浆侵入活动为煤的石墨化提供热能,政和—大埔断裂带和永安—晋江断裂带成为煤成石墨的主要控矿断裂,一系列推覆、滑覆等断裂和褶皱构造与岩浆热作用构成了封闭式、半开放-半封闭式和开放式的成矿构造-热环境条件,由此造就了闽西南地区煤成石墨成矿和分布的差异性。依据不同类型煤成石墨的分布,结合煤成石墨成矿的控制因素,划分出了闽西南地区大田—漳平(I₁)和永安—安溪(I