制备工艺参数对煤基炭泡沫性能的影响研究

本文以煤为原料,采用简单的工艺路线在常压下成功制备了炭泡沫材料,考察了机械压力、炭化升温速率、石墨化温度对煤基炭泡沫性能的影响情况。研究表明:1)炭泡沫材料的体积密度和压缩强度随着压力的增加不断提高,其中压缩强度最低为10.21MPa,最高可以达到16.47MPa,并且炭泡沫均表现出脆性断裂的特征;2)炭化升温速率的提高,体积密度逐渐减小,压缩强度也随之降低,同时炭化升温速率的变化并未改变材料脆性断裂的特征;3)石墨化温度的升高,材料的体积密度随之增大,但温度的升高造成高温热应力增大,导致压缩强度降低。     

热解温度对长、短绒棉基生物炭性能影响

采用南疆地区生产的长绒棉和短绒棉棉秆为原料制备生物炭,研究温度对棉秆基生物炭性能影响。主要测试了所制备样品的产率、pH值、电导率、灰分、碘吸附值、持水能力和比表面积。结果表明,2种原料所制备的生物炭产率均随温度的升高而降低,长绒棉与短绒棉棉秆均在300℃时出现最高产率,分别是45.1%和42.7%;pH值和电导率均随温度的升高而增大,长绒棉棉秆基生物炭的pH值、灰分和电导率在不同温度下均低于短绒棉棉秆基生物炭;碘吸附值和持水能力均随温度发生波动;400℃退火3 h所制备样品的平均孔径为13.9 nm,最可几孔径为3.83 nm。     

炭化温度对活性炭孔结构及电化学性能的影响

以海南椰壳（HN）及石油焦（BS）为原料,在不同预处理炭化温度下制备出HN系列和BS系列炭化样品,使用TG和XRD检测考察炭化温度对炭化样品反应活性和结构的影响,使用KOH化学活化法制备HN系列和BS系列活性炭样品,所制样品用氮气吸附和脱附等温线计算出BET比表面积、DFT孔径分布及孔容,并且通过直流循环充放电和循环伏安方法表征研究系列样品的电化学性能。实验结果表明,随着炭化温度的升高,HN及BS系列活性炭样品的微孔含量均有明显增加。椰壳炭所制活性炭适合无机电解液体系,其最高比电容达317F／g;而石油焦所制活性炭适合有机电解液体系,其比电容可达162F／g。     

炭化温度对掺杂改性树脂炭结构及其抗氧化性能的影响

研究了炭化温度对掺杂改性树脂炭结构及其抗氧化性能的影响。借助于X射线衍射仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜和差示扫描量热仪对掺杂改性树脂炭化后的炭结构及其抗氧化性能进行了表征。结果表明:在埋炭条件下,炭化温度对掺杂改性树脂炭化后的炭结构有显著影响:随炭化温度升高,掺杂改性树脂炭化后的炭结构逐渐向石墨化碳结构方向演化;当炭化温度为600℃时,掺杂物表面开始有大量碳晶须生成,晶须的直径约为50~100nm,长度约为几百纳米,随炭化温度升高,碳晶须长径比提高,但碳晶须的产量逐渐下降;当炭化温度为1 000℃时,掺杂物表面生成大量的碳微球,碳微球的直径约为100~500nm。与树脂炭相比,掺杂改性树脂炭化后碳产物的氧化峰值温度提高了约80℃。     

以煤沥青为原料制备高性能无黏结剂炭材料

以煤沥青为原料,利用热缩聚搅拌法制备中间相原料,并对中间相原料进行预处理,以及后续的粉体制备、成型、烧结等工序制备无黏结剂炭材料。实验表明,炭粉A和树脂A的加入对中间相原料的制备有明显的催化作用,而搅拌对中间相原料的制备过程至关重要。研究还比较了不同预处理时间对中间相原料自烧结性能的影响,结果表明,氧化时间为120min的中间相原料制得的炭材料体积密度为1.61g/cm3,抗折强度为78MPa,抗压强度为152MPa。     

炭化温度和煤焦油配比对炭分子筛性能的影响

本文考察了炭化温度和粘结剂煤焦油配比对炭分子筛空分性能的影响,并在DA方程基础上分析了炭分子筛微孔结构变化。结果表明,炭分子筛微孔孔径和孔容随炭化温度提高而增大,随焦油配比增大而减小。当炭化温度为900℃,焦油配比4.26wt%时,所得炭分子筛的空分性能最佳。     

炭膜的二氧化碳吸附扩散性能的研究

以商业化的Kapton型聚酰亚胺为前驱体制备炭膜,采用容量法研究了不同炭化温度制备的炭膜CO2吸附和扩散行为,并利用Sips模型对实验数据进行拟合,DA方程计算炭膜的孔结构参数,Fick扩散模型求取CO2在炭膜内的扩散系数,采用XRD分析探讨了炭膜的炭结构。结果表明,炭膜孔结构随着热解炭化温度的提高,孔径收缩,且当炭化温度从600℃升高到800℃,炭膜的微孔体积随炭化温度的升高而增大,而800℃以后,微孔体积随炭化温度的升高而下降。CO2在不同炭膜中的扩散系数约为1.04×10-13~8.56×10-12m2·s-1,在实验测定的压力范围内扩散系数随着平衡压力的增大呈现出先增大后减小的规律。     

FeS和铁氧化物/荞麦壳基多孔炭的制备及其Cr(Ⅵ)脱除性能研究

以农业废弃物荞麦壳与硫酸亚铁为原料,通过原位炭化还原法一步制备复合多孔炭材料。采用XRD、SEM等表征手段,考察了所得材料的物化性能。考察硫酸亚铁浓度、炭化温度和Cr(Ⅵ)水溶液pH值对Cr(Ⅵ)去除性能的影响。结果表明,制备的样品为负载FeS/Fe_2O_3/Fe_3O_4的无定形多孔炭。样品在pH=2时表现出优良的Cr(Ⅵ)去除性能;在相同pH值的Cr (Ⅵ)溶液中,浸渍荞麦壳粉的FeSO_4浓度越高、样品焙烧温度越高,所得FeS/Fe_2O_3/Fe_3O_4荞麦壳基多孔炭对Cr(Ⅵ)去除量越大。     

烧结温度对C—B4C—SiC复合材料显微结构与性能的影响

本文就烧结温度对Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ炭／陶复合材料显微结构与性能影响进行了研究，发现复合材料密度、强度随烧结温度的升高而明显提高，电阻率随烧结温度的升高而下降，这和烧结体显微结构密切相关。     

FeS和铁氧化物/荞麦壳基多孔炭的制备及其Cr(Ⅵ)脱除性能研究

以农业废弃物荞麦壳与硫酸亚铁为原料,通过原位炭化还原法一步制备复合多孔炭材料。采用XRD、SEM等表征手段,考察了所得材料的物化性能。考察硫酸亚铁浓度、炭化温度和Cr(Ⅵ)水溶液pH值对Cr(Ⅵ)去除性能的影响。结果表明,制备的样品为负载FeS/Fe_2O_3/Fe_3O_4的无定形多孔炭。样品在pH=2时表现出优良的Cr(Ⅵ)去除性能;在相同pH值的Cr (Ⅵ)溶液中,浸渍荞麦壳粉的FeSO_4浓度越高、样品焙烧温度越高,所得FeS/Fe_2O_3/Fe_3O_4荞麦壳基多孔炭对Cr(Ⅵ)去除量越大。     

煤基多孔炭材料的制备及其处理焦化废水的研究

以无烟煤为原料制备煤基多孔炭材料。考察了炭化温度及CO2流量对炭材料性能的影响,比较了粉末状和柱状炭材料对焦化废水中COD的去除效果。实验结果表明:当炭化温度为600℃,CO2流量为0.4L/min时,多孔炭材料的比表面积最大,为838.51m2/g。粉末状多孔炭材料处理焦化废水的效果更好,COD的去除率可达到72%。     

成型压力与炭化温度对吸附材料性能的影响

本研究选用太西煤和灵武煤为主要原料,系统探讨成型压力与炭化温度对吸附材料性能的影响,结果表明,成型压力及炭化温度对不同的煤种所制备的吸附剂的性能有一定影响。对比两种煤所制备样品的性能,煤种的不同,其吸附性能及其它指标都有较大的差距。     

活化温度对酚醛基活性炭纤维的孔结构和电化学性能的影响

从酚醛纤维出发,经过炭化和KOH活化制备了酚醛基活性炭纤维（PACF）,并对不同温度下活化样品的比表面积、孔结构以及所制备的双电层电容器（EDLC）的电化学性能之间的关系进行了探讨。氮气（77K）吸附法测定PACF活性炭纤维的孔结构和比表面积;采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等测试对超级电容器的电化学性能进行了测试。结果表明：900℃是KOH活化酚醛纤维制备用于EDLC电极材料的最佳活化温度,该温度下活化样品具有最佳的循环性,稳定性和较小的内阻,比表面积为2311m^2·g^-1和比电容264．IF·g^-1（充放电电流为1000mA·g^-1）。PACF系列样品均呈现出典型的微孔炭的特征,不同活化温度下制备的PACF,虽然表现出不同的比表面积和比电容,但是其整体孔径分布范围基本相同,都在0.5nm～3．0nm之间。随活化温度的升高,样品的电容性能和功率特性越来越好,内阻也随活化温度的升高而降低。     

神府煤及其镜质组对制备炭吸附材料并联产氢气影响的实验研究

以神府煤为研究对象,通过实验考察不同活化温度对神府煤制备炭吸附材料性能和联产氢气的影响,并研究了在活化温度为700℃时,不同富集率的神府煤镜质组所制备的炭吸附材料吸附性能、形貌特征及气相产物成分。结果表明,随着活化温度的升高,神府原煤制备的炭吸附材料的吸附性能先增大后减小,活化温度为700℃时,制备出的炭吸附材料吸附性能较好;神府煤镜质组活化过程中,活化温度为700℃时,联产氢气含量随着镜质组富集率的增大而增大。     

蓖麻/葵花复合炭材料的制备及对镧(Ⅲ)离子的吸附研究

以蓖麻渣、葵花盘为原料,运用甲醛交联法进行预处理,然后高温炭化,制备复合炭材料,通过SEM、FTIR、BET、TG进行表征,并研究其对镧(Ⅲ)离子的吸附性能。结果表明,与单一原料相比,复合炭材料可以有效改变孔径大小,调整孔道结构,产生新的含氧官能团。其中炭化温度450℃、甲醛用量6 m L、m(蓖麻)∶m(葵花)=1∶2(ACBK-12-450)时吸附性能较好,在25℃时,其吸附量达25. 20 mg/g,吸附主要靠表面的含氮含氧官能团,同时也受物理吸附的影响,其吸附量随温度升高而增加,随p H的增大而增大。另外,ACBK-12-450有良好的再生性和重复使用性。     

三维多孔炭-硫复合材料的制备及电化学能研究

以柳絮壳子为前驱物,在600、700、800、900℃,并且在N2的保护下,在管式炉中高温炭化,得到三维多孔纳米片层炭材料,然后将其与单质硫以通过热处理的方法实现炭材料与硫的复合。采用XRD、SEM、BET、TG及FTIR手段对炭/硫复合材料的物理性能进行分析表征。将制备好的炭/硫复合材料与黏结剂和导电剂混合制备成电极片,测试其电化学性能,包括CV、CD、EIS。经过测试分析发现,随着炭化温度的升高,材料的性能有逐渐变好的趋势,在900℃下炭化得到的材料电容性能最好。     

蓖麻/葵花复合炭材料的制备及对镧(Ⅲ)离子的吸附研究

以蓖麻渣、葵花盘为原料,运用甲醛交联法进行预处理,然后高温炭化,制备复合炭材料,通过SEM、FTIR、BET、TG进行表征,并研究其对镧(Ⅲ)离子的吸附性能。结果表明,与单一原料相比,复合炭材料可以有效改变孔径大小,调整孔道结构,产生新的含氧官能团。其中炭化温度450℃、甲醛用量6 m L、m(蓖麻)∶m(葵花)=1∶2(ACBK-12-450)时吸附性能较好,在25℃时,其吸附量达25. 20 mg/g,吸附主要靠表面的含氮含氧官能团,同时也受物理吸附的影响,其吸附量随温度升高而增加,随p H的增大而增大。另外,ACBK-12-450有良好的再生性和重复使用性。     

制备工艺对炭/石墨密封材料性能及其结构的影响

以改性的填料（二次焦）为骨料炭,中温煤沥青为黏结剂来制备炭/石墨密封材料,考察了材料制备工艺条件对材料机械强度、开孔率以及微观结构的影响。研究表明,与传统的炭/石墨密封材料制备工艺相比,利用改性后的骨料炭所制备的炭/石墨材料具有较高的机械强度和相对均匀的孔径分布。此外,随着二次焦热处理温度的升高,最终材料的体积密度和机械强度增大,开孔率降低。当二次焦热处理温度升高到540℃时,最终所得材料的抗压和抗弯强度分别达到210.0MPa和67MPa,开孔率为19.3%。炭/石墨材料经浸渍金属Cu后,Cu颗粒在利用传统工艺制备的材料中的尺寸相对较大,且存在局部聚集或团聚,而在利用二次浆涂工艺制备的材料中则呈细网状结构且均匀分布。     

泡沫注凝法制备孔结构可调的氧化锆多孔陶瓷

以8%(摩尔分数)Y_2O_3稳定的ZrO_2为原料,采用泡沫注凝法制备了氧化锆多孔陶瓷,研究了烧结温度、固相含量及发泡剂浓度对制备材料的组分、结构与性能的影响规律。结果表明:1 450～1 600℃烧结的样品均由立方氧化锆组成;烧结温度对气孔率、体积密度及热导率影响较小,而对抗压强度及晶粒尺寸影响较大;固相含量在15%～30%(体积分数)范围内对材料的结构与性能均有明显的影响;发泡剂浓度在0.3～8.0 g/L范围内对材料的性能影响明显,而在8～16 g/L时影响不大。通过在一定的范围内调控烧结温度、固相含量和发泡剂浓度,所得样品的总气孔率、体积密度、抗压强度和室温真空热导率的变化范围分别为67.6%～78.8%、1.25～1.91 g/cm~3、6.3～21.7 MPa和0.14～0.39 W/(m?K)。在固相含量为30%、发泡剂浓度为2.0 g/L、烧结温度为1 550℃条件下制备样品总气孔率、抗压强度和热导率分别为78%、12.0 MPa和0.17 W/(m?K)。     

新型炭／陶复合材料电热性能研究

实验选取高岭土作为陶瓷基体,以不同含量的鳞片石墨和碳化硅作为导电原料,充分利用炭材料优异的导电、导热性及耐高温性能和陶瓷材料优异的抗氧化性及机械强度,经混合、模压成型和烧结工艺制备出炭／陶复合电热材料。采用XRD和SEM对其物相组成和微观形貌进行分析表征,并对其通电发热性能以及抗氧化性能等进行了测试。研究了石墨以及碳化硅的含量对复合材料电热性能的影响,并对电热机理进行了初步的分析研究。本研究所制备的炭／陶复合材料具有优异的电热性能,在低电压下（10V）即可迅速升温,并在较高温度下保持相对稳定。研制的样品中最高发热温度可达631℃。通过将炭材料和陶瓷材料复合,可有效改善炭材料的抗氧化性,使其氧化失重温度升高200℃左右。