化学改性对半焦吸附性能影响

半焦具有固定碳含量高、反应性好、孔隙发达等特点,是一种良好的吸附剂,其表面含有大量含氧官能团,易被修饰,通常用作吸附剂或催化剂,经过改性的半焦可以产生更多的孔隙,具有更好的吸附能力。为了研究化学改性对半焦吸附性能的影响,以神木气体热载体立式热解炉生产的半焦为原料,采用酸、碱等不同改性处理方式对其进行改性。通过FTIR、SEM、氮气吸附等方法研究了酸、碱对半焦的孔结构、形貌、比表面积以及脱灰率和吸附性能的影响。结果表明:半焦经过处理后灰分降低,酸碱联合处理脱灰率高达89.5%。酸改性后的半焦其羧酸、酚类等表面酸性含氧基团的数目增加,比表面积、孔容、孔径以及对亚甲基蓝和碘值的吸附量均有所降低。而碱改性后的半焦比表面积、孔容、孔径以及对亚甲基蓝和碘值的吸附量均增加,表面微孔数量增多,微孔比表面积和微孔孔容分别为0.009 7 m~2/g、35.519 4 cm~3/g,对亚甲基蓝和碘值的吸附量为1.05、714.11 mg/g,表现出良好的吸附性能。不同改性处理条件下,半焦吸附性能的高低分别为:碱处理半焦原半焦酸碱联合处理半焦酸处理半焦。     

原料组成对半焦中间相结构发展的影响

以中低温煤焦油全馏分加氢尾油（FHT）和>350℃中低温煤焦油沥青（CTP）为原料,制备出不同微观结构的半焦。采用元素分析、核磁共振氢谱、傅里叶变换红外光谱、气相色谱-质谱联用等手段对原料的组成结构进行表征,研究了原料组成对中间相结构发展的影响。结果表明：FHT含有25.94%环烷烃且芳环侧链以环烷结构为主,CTP中含有3.92%环烷烃且芳环侧链以短烷基为主,FHT的含氧杂环化合物含量比CTP低。热聚实验表明具有环烷结构含量高、含氧杂环化合物含量低的原料（FHT）,有利于降低炭化反应活性和反应体系黏度,促进中间相有序发展。采用偏光显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射对半焦的微观结构和微晶参数进行分析,结果表明,CTP的氧含量和QI含量高,容易生成镶嵌结构,微晶排列扭曲,取向性差,而FHT中富含环烷结构以及氧含量低,芳烃片层分子更容易有序堆叠形成细纤维结构且内部碳微晶排列更加规整,更易石墨化。此外,利用纤维软件对半焦的光学组织结构进行了定量分析,发现FHT制备的半焦的纤维结构质量分数为79.84%,而CTP制备的半焦的纤维结构质量分数为22.18%。     

温度及气氛对半焦直接还原铁矿石的影响

利用热重分析(TGA)和实验装置进行了半焦直接还原铁矿石试验,对比了不同还原温度和气氛下还原产品的性质。由TGA,焦矿质量比为1∶1的半焦铁矿石混合物由室温加热至1 100℃,N_2,H_2和CO气氛下还原过程可分为3个阶段,其中N_2下3个阶段活化能随温度逐渐增加,而H_2和CO下则先增加后降低。由固定床还原产物分析结果,温度和气氛对半焦直接还原铁反应过程及反应程度均有一定影响。3种气氛下,900℃后产物中主要为金属Fe,但引入还原性气体H_2,CO可有利于低温下铁矿石的还原。N_2气氛下反应至900℃后半焦可对铁矿石进行还原,但得到的海绵铁金属化率低于90%,无法满足直接炼钢要求,可通入H_2、CO等活性气氛,提高还原产品的品质。     

配煤及粒度对半焦基活性焦性能的影响

以陕北神府地区半焦为主要原料,配合当地烟煤制备了符合工业应用指标的活性焦,研究了烟煤配比及原料粒度对活性焦机械强度、吸附能力的影响。结果表明：神府半焦由于在干馏过程中在炭颗粒内部形成孔隙,理论上是制备活性焦的绝佳材料,但实际生产中却发现由于干馏过程中煤焦油、煤焦气的析出,半焦中具有粘结性的胶质体减少,使得相同条件下半焦基活性焦的强度下降,适当配入神府烟煤,可以显著提高活性焦产品的机械性能。在神府烟煤配比为30%、粒度为200目时,活性焦耐压强度达42 daN,碘吸附值为475mg/g,比表面积达到428.8 m²/g,满足工业应用要求。     

褐煤半焦中挥发分对半焦脱灰效果的影响

以云南弥勒褐煤为原料，采用中低温干馏对褐煤进行炭化处理，使褐煤中的大部分水分和挥发分气化除去得到褐煤半焦．控制褐煤炭化条件——炭化终温、炭化时间，得到挥发分含量不同的褐煤半焦，采用絮凝法脱灰，研究半焦的脱灰效果，得到适合脱灰的合理的半焦成分．脱灰后将低灰半焦压制成型，可代替木炭作为硅冶炼还原剂，解决木炭资源缺乏的问题．     

氧化铝载体的水热改性研究

采用低温水热处理技术对γ-Al₂O₃载体进行改性,通过XRD、SEM、BET及NH_3、TPD等测试表征技术对改性后的氧化铝进行表征。研究结果表明,低温水热处理γ-Al₂O₃时,γ-Al₂O₃部分再水合生成湃铝石,焙烧后形成γ-η-Al₂O₃,此双结构氧化铝表面形态为均匀分散的球形细小颗粒,双结构氧化铝载体制备的催化剂表面酸性能与常规γ-Al₂O₃制备的催化剂相比,强酸中心的酸强度减弱,弱酸中心的酸强度增强。     

坩埚焦性质的研究

研究了单种煤、工业配煤坩埚焦炭与20kg试验炉焦炭的反应性、反应后强度、结构强度、显微强度及配合煤焦炭的光学组织指数间的关系,结果表明,它们之间有良好的相关关系。     

镧掺杂钛酸钡粉体的水热改性

以固相法合成的BaTiO3粉体和La(NO3)3溶液为反应前驱物,NaOH为矿化剂,对BaTiO3粉体表面进行镧掺杂水热改性。利用X射线衍射仪、扫描电镜、Fourier红外光谱仪和透射电镜等研究了水热处理后BaTiO3粉体及陶瓷的相组成、晶粒尺寸、颗粒形貌及电性能。结果表明:对不同镧掺杂浓度的BaTiO3粉体进行水热处理后,粉体粒径变小,粒度分布范围变窄,颗粒形貌变得圆整,实现了高温、高压条件下的水热"整形"作用。在BaTiO3粉体颗粒表层形成了一层约50nm厚的富镧层,实现了高温高压下对BaTiO3陶瓷粉体的改性。将改性后的BaTiO3粉体制成陶瓷,其室温电阻率测试结果表明,经水热处理后的粉体改善了镧在钛酸钡陶瓷中的掺杂均匀性,掺杂半导化浓度范围加宽。     

氢氧化钠溶液中氢氧化镁的水热改性

考察了团聚态氢氧化镁在氢氧化钠溶液中的水热改性行为，分析了氢氧化钠浓度与水热产物形貌、结构与分散性的关系. 水热改性后氢氧化镁晶体的生长方向发生变化，特征衍射峰强度I(001)/I(101)比值明显变大，产物形貌规则、大小均匀、比表面积小、分散性好. 实验条件(1~5 mol/L NaOH)下，氢氧化钠浓度越高，水热改性效果越显著. 热力学计算结果表明，Mg(OH)2-NaOH-H2O体系中，OH-浓度远高于可溶性含镁组份[Mg(OH)2(aq), MgOH+, Mg2＋]的浓度，高浓度氢氧化钠体系中氢氧化镁水热改性效果的强化可归因于OH-浓度的增加.     

氢氧化镁的水热改性研究及表征

研究了氢氧化镁工业品在一种新型添加剂作用下的水热改性行为，考察了添加剂体系、反应温度、反应时间、添加剂浓度和填充度等因素对水热产物的影响，并用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和激光粒度仪等对水热产物进行了表征。发现在填充度为67％、添加剂浓度为3mol／L、反应温度为160℃、反应时间为6h时，可获得六方片状、形貌规整、片较厚、分散性良好的水热产物。     

水热改性条件对制备氢氧化镁阻燃剂中试研究的影响

在自行研制的中试设备上用氢氧化钠合成法-水热改性法制备出了高分散氢氧化镁阻燃剂,分析了水热改性条件对制备氢氧化镁的影响.研究发现水热改性温度、水热改性时间、改性剂添加量和水热浆液固含均对水热产物的形貌和一次粒径有一定的影响.在合理的水热改性条件下,能够制备出大晶型、低比表面积、高分散的规则六方片状氢氧化镁阻燃剂.     

水热改性对Hβ沸石醚化催化性能的影响

为了提高Hβ沸石的稳定性,对其进行了水热改性。以乙醇和叔丁醇为原料,在常压条件下,将水热改性Hβ沸石作为催化剂应用于乙基叔丁基醚(ETBE)的合成。考察了水热改性条件对Hβ沸石催化活性、选择性的影响。实验结果表明,适宜的改性条件:水热处理温度为600℃、水热处理时间为2 h、水热处理空速为2.0 h-1,此时目标产物ETBE的收率为40%。将水热改性前后的Hβ沸石进行催化活性、选择性及稳定性对比,结果表明,水热处理的Hβ沸石较未处理的Hβ沸石的催化活性和选择性稍有下降,但其寿命增加了75 h。     

提升生物质焦液相吸附容量的焦改性方法研究进展

生物质焦是生物质热化学转化过程中的副产品,是一种潜在的物理吸附剂,能够用作水处理吸附多种污染物。通过不同的改性方式,能够改变生物质焦的物理结构和化学特性,从而改变其对污染物的吸附脱除能力。本文在详细分析液相溶液吸附影响因素的基础上,总结了针对不同种类污染物,提升其吸附容量的有效生物质焦改性方法,包含热处理、添加试剂扩孔、超声波处理以及化学修饰和生物辅助等手段,并认为除孔隙特性外,生物质焦表面含氧官能团的化学特性同样对吸附起重要作用,如酸处理可增加焦表面酸性含氧官能团,并因阳离子交换作用而利于吸附金属离子;碱处理的焦表面因离域π电子密度提高,色散力增强,从而有利于吸附脱除酚酞、染料等有机污染物;而负载原子和化合物的焦能同时提升其对有机和金属污染物的脱除能力。此外,发现微生物作用下的生物吸附有助于脱除难降解的苯酚。该文为提升生物质焦吸附容量的改性方法选择提供了有效思路。     

浅析不同工艺条件对铁合金焦性质的影响

介绍了不同温度、时间、升温速度及不同存放温度条件下铁合金焦的性质，分析了不同工艺条件对铁合金焦性质的影响。     

添加城市污泥对煤质活性焦的性质影响

在煤中添加城市污泥,研究它对煤质活性焦吸附性能的影响。实验结果表明：随着城市污泥添加量的增加,活性焦的碘值、比表面积、微孔孔容均先增加后减小。当城市污泥添加量为5％时,活性焦的碘值、比表面积、微孔孔容达到最大。     

改性花生壳基型焦性状研究

采用六组不同粒级的神木粉煤为原料,质量分数1. 5%和2. 5%NaOH改性花生壳为粘结剂,通过干法冷压成型制备型煤,而后高温干馏制备改性花生壳基型焦。利用红外光谱仪表征其官能团结构,测定改性花生壳基型焦的抗压强度、跌落强度和机械强度等宏观性质。结果表明,神木煤粒度(3～1. 5) mm,质量分数2. 5%NaOH改性花生壳基型焦的性能强度更优,跌落强度98. 4%,抗压强度5 187. 15 N,抗碎强度与耐磨强度分别为82. 08%和17. 92%。NaOH浓度对型焦的性能强度影响不大。随着粉煤粒度减小,型焦宏观性能强度降低。神木煤粒度0. 425 mm,抗碎强度急剧降低至0,耐磨强度高达100%。改性花生壳基型焦红外谱线相对简单,出峰数目少,不同粒级神木煤型焦的红外谱峰峰型相似,出峰位置一致,但峰强弱略有差异。     

浓海水制备氢氧化镁颗粒的水热改性

将模拟浓海水和NaOH直接沉淀制备的Mg(OH)2水热处理得到Mg(OH)2阻燃剂粉体,考察了矿化剂和温度对其晶体形貌、结晶性及分散性的影响. 结果表明,在实验温度范围内,碱类矿化剂对晶体形貌的改善优于氯盐矿化剂;矿化剂浓度和水热温度越高,对晶体形貌改善越好,晶体粒径及厚度增加越快,且可减小晶体极性和微观内应变,提高结晶度和分散性. 在水热时间8 h、温度200℃、4.0 mol/L NaOH溶液为矿化剂条件下,可制备出粒度分布均匀、平均粒径约为0.250 mm、厚度约61 nm、团聚指数约为10.95的阻燃型Mg(OH)2.     

表面改性对滑石粉理化性质的影响

采用钛酸酯对滑石粉进行表面改性,以接触角为评价指标,得到最佳的改性工艺参数为:钛酸酯的添加量为3％,反应温度为65℃,反应时间为1.5h.分别采用粒度分析、XRD分析、红外光谱分析以及热重分析对改性前后滑石粉的结构和表面性质进行表征,结果表明,钛酸酯对滑石粉的改性效果显著,表面改性过程不仅发生了物理吸附,还存在化学键合.     

干馏层气氛对半焦结构及其CO2气化活性影响

固定床煤气化炉中气氛对干馏层生成半焦的活性影响较大。对不同气氛下制得的半焦进行了CO₂气化活性实验,并采用拉曼光谱和氮吸附对半焦进行了表征。结果表明：与N₂气氛下制得的半焦相比,通入其他气体可以提高半焦的CO₂气化活性,单组分中H₂O气氛下制得的半焦的CO₂气化活性最强,双组分中CO₂+H₂和CO+H₂O气氛下制得的半焦的气化活性明显增加,而且双组分气氛下的CO₂气化活性比前者强;半焦比表面积的增加有利于其CO₂气化活性的提高,但半焦化学结构的变化对其CO₂气化活性的提高作用更明显。     

改性矿物吸附剂对半挥发性重金属Pb的固化研究

利用高岭土等矿物吸附剂固化半挥发性重金属,是高温处置固体废弃物时降低其环境危害的有效途径。但超过1 100℃时,高岭土中的无定形硅铝相转化为莫来石晶体,伴随层状结构坍塌,产生高温失活现象。本文利用硅灰、氢氧化铝和碳酸钙调整高岭土的化学组分,在0～1 450℃区间内设置3种煅烧模式,分析矿物吸附剂对重金属Pb的固化效果。结果表明,使用矿物吸附剂可以明显提高PbO的起始挥发温度并降低其挥发率,起到固化重金属Pb的效果。综合考虑吸附剂中重金属Pb的含量和残渣态的比例,适当增加硅和铝的含量均可明显提高吸附剂中重金属Pb的固化率,其中高铝吸附剂在1 450℃时对重金属Pb的固化效果更优。这是由于引入的硅和铝可与高岭土中的硅酸盐发生反应,生成非晶硅铝酸盐相。此外,吸附剂对重金属Pb的固化效果与煅烧制度密切相关。研究结果可为水泥窑协同处置废弃物中半挥发性重金属的固化提供理论基础。