煤液化沥青基超级活性炭的活化机理与应用研究

以煤液化沥青(CLA)为原料,采用KNO3预氧化、KOH活化的方法,制备出超级活性炭。利用扫描电镜(SEM)、低温氮吸附仪(BET)、热重分析仪(TGA)和X射线衍射仪(XRD)等多种手段表征中间产物和活性炭的结构与性能。探讨了KOH活化法的活化机理,发现煤液化沥青基活性炭的活化历程可分为预活化、中温活化和高温活化3个阶段,制备的超级活性炭可吸附18~25 mmol/g的氢气(77 K,400 kPa下),在储氢方面表现出优异的性能和良好的应用前景。     

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。     

不同氧化程度煤与塑料炭化协同效应研究

为寻求不同氧化程度煤与废弃塑料共炭化制备高性能活性炭材料的协同效应,采用微波加热技术研究了"碳源"不同氧化程度、不同品种废旧塑料以及不同塑料加入量对炭化材料吸附性能的影响。研究结果发现:氧化5~7天的煤,加入20%~40%PET粉末,以3倍量的KOH为活化剂,可制备出比表面积为2 000m2/g炭材料;塑料添加量可达60%,PS、HDPE与煤良好的协同效应出现在塑料添加量为20%时,而PET良好的协同效应在PET添加量为40%时。该研究成果为利用氧化煤与废弃塑料的协同效应进行共炭化生产高性能活性炭材料提供技术基础。     

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℃)。     

煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布的制备及电化学性能

煤沥青碳含量高、缩合芳环含量高、杂质含量低，是制备碳材料的优质碳源。以煤沥青为碳源，聚丙烯腈高分子聚合物为骨架，采用静电纺丝法制备煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布，是实现煤沥青高值化和清洁化利用的重要途经之一。以等体积丙酮/二硫化碳混合溶剂萃取煤沥青，获得精制煤沥青萃取物，继而与聚丙烯腈混合制备纺丝溶液，在静电纺丝设备上制备前驱体纤维无纺布。前驱体纤维无纺布经预氧化、炭化和活化处理制备煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布。采用高分辨率扫描电子显微镜(SEM)表征了不同质量比的前驱体纤维无纺布、碳纤维无纺布的形貌。前驱体纤维无纺布由连续的长丝所构成，呈现出网状结构，表面平滑，说明煤沥青萃取物和聚丙烯腈表现出良好的融合性和可纺性。采用BET测试分析了不同质量比的活性碳纤维无纺布的比表面积和孔分布特征，其中AC-E65表现出最大的孔容量和比表面积(2 541.8 m²/g)。通过循环伏安测试、恒电流充放电测试和电化学阻抗谱测试研究了煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布的电化学性能。煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布的双电层电容特性明显，倍率性能和可逆性能优异，循环性能良好...     

煤沥青球预氧化的热转化机理及热力学特性研究

煤沥青球主要用于制造机械强度与负载密度高、孔径分布可控的球形活性炭，球形活性炭已在环保、医疗等领域得到广泛应用，因而探索煤沥青球的氧化不熔化特性将对球形活性炭的产品性能产生影响以及指导后续炭化、活化操作，对煤沥青球预氧化的热转化机理及热力学性质研究可为利用煤沥青球制备球形活性炭提供重要的理论依据。在氧气气氛中对不同粒径的煤沥青球进行不熔化处理，采用热重分析检测方法，运用KISSINGER法和Satava-Sastak分析法及其41种机理函数模型对煤沥青球的预氧化过程进行化学动力学参数的计算与反应机理分析，探寻其粒径的大小对各参数以及热转化过程中能量需求的影响。研究结果表明：煤沥青球的预氧化过程主要分为2个阶段，第1个阶段属于预氧化不熔化的热分解过程，粒径的大小影响氧分子在沥青球内的扩散，球体粒径越大则预氧化反应能量需求越高；但不同粒径的沥青球体与氧分子发生交联反应的本质相同，活性位点数目不多，指前因子的大小几乎不受粒径的影响。进入第2阶段的热缩聚过程后，沥青球发生剧烈的氧化反应，受第1个阶段不熔化处理的影响，球径越小则表面氧原子交联官能团越多、沥青球越稳定、高温下热分解反应需求能量越多...     

新型复配黏结剂代替煤焦油制备柱状活性炭

采用新型复配黏结剂制备柱状活性炭,研究原料配比和工艺参数对活性炭性能及孔径分布的影响。结果表明:原料配比中太西无烟煤有利于微孔发育,煤化程度较低的永城贫煤则有利于中孔发育;活性炭的强度随着烧失率的增大不断下降,碘值、亚甲基蓝值则呈现先升高后下降的趋势;最佳制备工艺为炭化温度600℃、炭化恒温时间0,活化温度890℃、活化时间260 min,制备出的活性炭强度、碘值、亚甲基蓝值和比表面积分别为92.2%、1 052 mg/g、303 mg/g和1 084 m2/g。     

煤液化沥青制备针状焦的试验研究

以煤液化沥青为原料,在高压釜中进行热缩聚炭化合成针状焦,通过偏光显微镜及扫描电子显微镜SEM对产物的形貌和组织结构进行了表征分析。试验结果表明:炭化温度是影响针状焦性能的主要因素,炭化温度为420℃~440℃时得到针状焦的性能较好;炭化时间延长,有利于针状焦的粉末电阻率和真密度的增大。在中试装置上制备出了各项指标优于或相当于国外某品牌优质针状焦。     

神府煤不同煤岩组分与PET塑料共炭化协同效应

为探明神府煤不同有机煤岩组分与塑料共炭化协同效应.采用微波加热技术,对不同"碳源"、不同品种废旧塑料以及不同塑料加入量对炭化材料性能进行对比研究.结果发现:镜煤、丝炭和原煤与PET制备的共炭化材料吸附性能关系是,丝炭>原煤>镜煤,其中丝炭制备的共炭化材料的碘吸附值为国家一级品的1.88倍,亚甲基蓝吸附值为国家一级品的6.56倍,比表面积高达2 307 m2/g.研究为高性能活性炭材料的定向制备提供理论依据.     

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 ℃)。     

热重分析仪研究中间相沥青纤维的炭化

采用热重分析方法对不同氧化条件下制备的沥青预氧化纤维的炭化失重过程进行了跟踪研究, 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重质谱联用(TG-MS)、扫描电镜以及纤维强伸仪分析了氧化纤维的官能团和炭化过程形成的气相产物的分布, 以及炭纤维产品的微观结构和力学性能。结果表明:不同氧化条件下制备的预氧化纤维的炭化DTG曲线在起始失重温度、最大失重速率以及碳收率等方面具有明显的差异。随着氧化程度提高和纤维内部交联加深, 失重曲线上的炭化反应向高温推移, 碳收率下降, 得到的碳纤维芯部微晶熔融得以控制, 并且力学性能改善。但氧化过度时碳纤维的力学性能会明显下降。利用TG研究沥青纤维的炭化过程对氧化工艺的制定以及结构、性能预测具有一定的指导意义。     

气相吸附用煤基块状活性炭材料试验研究

为制备可以净化空气且具有装饰性的块状活性炭,采用低成本,来源广泛的优质煤材料作为吸附基体,以沥青为黏结剂,碳酸钠和氢氧化钾为活化剂,通过添加质量分数20%的陶瓷粉料,经过粉碎、碾磨混合成型、化学活化及隔氧炭化制备出不同配料的块状活性炭试样,对其不同的试验样品进行了强度和吸附性能测试.结果表明:样品编号为c-25的活性炭经成型后,其达到了较佳的吸附率和理想的强度,BET比表面积达到496.35m2/g,总孔容为0.260 8mL/g,抗压强度为7MPa,洛氏硬度为1.1.     

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。     

用煤焦油沥青制备优质活性炭的研究

以煤焦油沥青为原料，使用KCNS溶液活化处理，选择适宜的工艺条件，制备出优质的活性炭。讨论了煤焦油沥青热处理温度、中间相沥青的粒径、KCNS溶液的浓度、KCNS溶液与中间相沥青的液固化、炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间等主要因素对活性炭性能的影响。结果表明，在适宜的工艺条件下制备的活性炭，强度为90．4％，比表面积为2601.0m^2/g，吸碘值为2216.7mg/g，吸苯值为1099.1mg/g，吸亚甲基蓝值为397.5mg/g，产品性能优良。图1，表8，参7。     

针对SO_2脱除的煤基活性炭结构及表面优化调控

以神华褐煤为原料,ZnCl_2为活化剂,采用化学活化法制备煤基活性炭,并通过NaOH溶液改性调控活性炭表面的化学官能团,进行烟气中SO_2吸附的研究。利用扫描电镜观察活性炭的表观形貌,利用低温N_2吸附法表征活性炭的比表面积及孔隙结构,利用红外光谱和Boehm滴定法考察活性炭的表面化学官能团。基于响应曲面法(RSM),对煤基活性炭的制备工艺参数进行了详细探究,建立了炭化温度、炭化时间、升温速率对活性炭比表面积的预测模型。通过响应曲面法得到/min,炭化时间3 h。得g。考察NaOH溶液浓度对煤基活性炭的孔隙结构、表面化学官能团及SO_2吸附量的影响机制。结果表明,NaOH改性后活性炭的表面更加凹凸不平,孔结构被剧烈破坏,活性炭的孔径主要分布在0. 5～0. 6,0. 7～0. 9和1. 0～4. 0 nm范围。在20%NaOH浓度改性时,活性炭具有最高的比表面积(681 m~2积(292 m~2比表面积和孔容下降。随着NaOH浓度的增加,活性炭表面的羧基、羟基等酸性基团的含量下降,而羰基等碱性基团的含量则明显增加。30%NaOH浓度处理样品的碱性基团含量最高,可达到g。进一步对活性炭的微孔比表面积、碱性官能团含量与SO_2吸附量的相关性进行分析,发现SO_2吸附量与微孔比表面积和碱性官能团含量都呈现正线性相关关系,且碱性官能团含量的相关性高于微孔比表面积。因此,表面碱性官能团和微孔结构有利于SO_2在活性炭表面的吸附。     

水浸煤二次氧化特性研究

为了研究水浸煤二次氧化特性参数,对实验的6种煤样进行程序升温实验,检测其比表面积及孔径并进行分析。结果表明:预氧化后的水浸煤较预氧化后的原煤二次氧化气体生成速率及放热强度均有所增大,并且随着预氧化的温度升高,气体生成速率及放热强度也有所增大;预氧化后的水浸煤活化能较预氧化后的原煤和未氧化的原煤均低,随着预氧化温度的升高,活化能也有所降低,导致其自燃倾向性增加;水浸煤比表面积在同等条件下远大于原煤,随着预氧化温度的提高,原煤和水浸煤的比表面积均呈现下降趋势;二次氧化对实验所用的原煤、水浸煤的最可几孔径几乎没有影响,均为4 nm,在最可几孔径下,煤的微分孔体积/平均孔径随着预氧化的温度升高而逐渐降低。     

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%。     

以东部地区煤为主要原料制备活性炭的研究

采用山东气肥煤和河南贫煤为主要原料,配入少量太西无烟煤,采用无焦油黏结剂新方法制备柱状活性炭。以苯酚值、碘值、亚甲基蓝值、比表面积、孔径分布和强度等指标表征样品性能。采用正交试验法设计实验方案,研究了原料配比、炭化温度、炭化升温速率、活化温度、活化时间等因素的影响,得到了最佳制备条件。     

热解焦粉制备柱状活性炭及其结构性能

以高温热解煤化工生产线产生的焦粉为原料,采用物理化学活化法、炭化活化一体化工艺技术,在氮气气氛的回转炉中进行高温炭化活化,制备出强度为94%,比表面积为1016 m2/g的煤质柱状活性炭。利用全自动比表面积及孔隙度分析仪分析了活性炭的氮气吸脱附曲线及孔结构特性。经检测,该活性炭孔容为0.51m L/g,碘吸附值为907 mg/g。同时比较了其炭化料和活化料在微观表面形貌中的特点,结果显示活化料中的孔洞类型和结构明显比炭化料中的丰富。在XRD测试分析中,活性炭中的晶态碳原子相比原料和炭化料逐渐呈现出非晶态转变。傅里叶变换红外光谱分析结果显示,活性炭中主要含有-OH、C-O-C和苯环等官能团,相较原料,其他官能团在活化时都转化成了CO_2、H_2O等小分子物质。     

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.