新疆高惰质组煤基活性炭制备与表征

以高惰质组准东不粘煤为原料制备活性炭,基于Box-Behnken响应曲面法,采用水蒸气活化制备了煤基活性炭,并测定了其碘吸附量,使用扫描电镜(SEM)观察了活性炭表面形貌,通过低温氮气吸附法得到了活性炭比表面积、总孔体积和孔径分布等物理结构特征。结果表明,最佳活化水平为活化温度900℃,活化时间90min,水蒸气流量6mL/min。活化时间、活化温度和水蒸气流量对碘吸附量均有影响,其中活化时间影响程度最大,活化温度次之,水蒸气流量最小,且因素之间交互作用不显著。比表面积、总孔体积和微孔数量均会影响碘吸附量,其中微孔数量起主要作用。     

烟煤镜质组分性质及对活性炭结构特性的影响

以大同烟煤和新疆烟煤为原料,采用密度离心分离法提取镜质组富集物,采用气体活化法制备活性炭.对比研究原煤及其镜质组的结构性质差异,以及经炭化和CO2 活化后微晶及孔结构的特性变化.采用傅里叶变换红外光谱法对比分析了原煤及其镜质组芳香烃和脂肪烃结构的差异,采用X射线固体粉末衍射法全过程分析了原料、炭化料和活性炭的微晶结构参数及芳香度变化,采用N2 吸附法研究了炭化料和活性炭的孔结构特性变化.结果表明:相比于原煤,镜质组富集物的微晶单元尺寸较小,脂肪链长度较短,且支链数量较多,有利于增强炭化过程的流动性.经热重分析法得到镜质组的炭化失重率较高,且失重峰较宽.上述结构性质及反应性差异影响了炭化料的结构特性.经过 850℃炭化后,镜质组炭化料的微晶层片尺寸和堆积厚度均增加,原煤炭化料仅增加了层片尺寸,而堆积厚度有所降低,说明显微组分差异主要影响了炭化过程中芳香层片的纵向堆叠.同时相比于原煤炭化料,镜质组炭化料的芳香度较高,BET比表面积和总孔容积相对较大.经过CO2 活化后,活性炭的微晶堆积厚度及层片尺寸均低于对应的炭化料,说明CO2 活化烧蚀了微晶结构.同时,活化形成了以微孔为主的孔结构,其中镜质组活性炭的BET比表面积分别达到 744.1和 797.4 m2/g,显著高于原煤活性炭.镜质组活性炭的微孔和中孔容积也较高,其中微孔容积达到原煤活性炭的 1.7～2.2倍.上述结果说明芳香度较高、初始孔结构较多的炭化料有利于活化形成更加丰富的微孔结构.     

烟煤镜质组平均最大反射率与煤种之间的关系

运用制定《中国煤炭分类》国家标准所依据的近600个烟煤煤层煤样实测数据,分析了中国不同煤种烟煤镜质组平均最大反射率的分布范围,探讨了烟煤镜质组平均最大反射率与中国煤分类系统之间的关系.研究表明:镜质组反射率与煤种之间的关系较复杂,特别是在中低变质烟煤阶段,相同变质程度煤往往归属于不同煤种,受煤岩组成和还原程度的影响较大.但总的来说,烟煤镜质组反射率与煤种之间的关系规律性明显.     

低温氧化对新疆烟煤结构及热力学性能的影响

为减小或避免低温氧化造成的影响,并丰富煤的低温氧化理论,研究了低温氧化对新疆焦煤集团艾维尔沟煤矿的中生代侏罗纪烟煤的结构及热力学性能的影响。用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪直接测定了氧化前后煤样中镜质组和惰质组的红外光谱。烟煤中惰质组和镜质组具有相同的基团,但镜质组中各基团的含量明显高于惰质组。双氧水氧化后,煤的发热量减少;煤样中羟基、亚甲基的含量先增大后减小;羰基含量先减小后增大。镜质组的变化较小,惰质组中羟基、羰基含量减少,羧基含量基本不变,而苯环和C—O—C的含量均略有升高。双氧水氧化对烟煤热力学性能的影响较小,氧化后样品的热重曲线向低温区域稍微移动。     

哈密煤惰质组结构模型的分子模拟

采用计算机分子模拟技术,在分子尺度上研究了哈密惰质组结构性质。首先采用分子力学、退火动力学模拟方法得到优化后三维结构图形;经过计算后对比分子势能变化,发现范德华力是分子中的主要作用力。在量子化学计算基础上,进一步对其键级、键长等结构参数进行了分析。     

高惰质组煤微波诱导裂纹特征的研究

为拓展微波技术在西部高惰质组煤炭资源精细加工中的应用,以3种西部典型高惰质组煤为研究对象,研究了微波诱导裂纹形成的规律。结果表明：单独的微波辐照对煤粉碎特性影响较小,但可提高进一步机械粉碎的粉碎效率,且微波对不同粒度煤样的响应不同;裂纹数量和微波能量之间存在线性递增的关系;裂纹数量随煤样粒度减小呈现先增大后减小的趋势,且在74~125 μm粒度范围内达到最大。通过扫描电镜和煤岩光片进一步分析裂纹的形态、生长和扩展,可知在微波诱导作用下高惰质组煤存在3种裂纹生成模型,即界面裂纹、组内裂纹、差异性裂纹。     

基于改进极限学习机的焦煤惰质组分类方法

为提高焦煤惰质组显微组分分类的准确性,减少对分类器训练的人工干预,提出一种基于改进极限学习机(ELM)的焦煤惰质组显微组分分类方法。首先根据焦煤惰质组各显微组分在光特性及形貌特性上存在的差异及特点,从亮度、纹理等层面分别提取其显微图像中基于灰度统计分布的亮度比、均值、方差、偏度、一致性及峰度等6个亮度相关特征量和基于灰度共生矩阵的能量、熵、惯性矩、局部平稳性及最大概率等5个纹理相关特征量,构建11维初始特征量集,并采用主成分分析法(PCA)对初始特征进行抽取以降低特征空间维数、去除信息冗余;再将奇异值分解引入到极限学习机中,推导利用奇异值分解求解ELM隐含层输出权值矩阵的方法,构建改进的极限学习机。改进后的极限学习机解决了普通的ELM训练中为了求解权值矩阵需要通过大量实验确定参数的问题,有效地提高了学习机的智能化程度。实验结果表明:与支持向量机(SVM)分类方法相比,改进后的ELM方法对分类器训练及样本测试的速度、对焦煤惰质组测试样本分类的准确率均明显提高;与单一的ELM方法相比,改进后的ELM方法分类器的网络训练更加快速便捷,网络隐含层节点数减少近40%,对测试样本分类的准确率进一步提高,可达96.7%。     

低阶烟煤中显微组分含量与CO扩散量的关系

从煤显微组分方面对不同煤化程度的22种煤样进行了CO的扩散试验及煤显微组分的鉴定。通过分析试验可知,中低变质程度的烟煤中镜质组含量相对惰质组含量较高;对数据进行关联分析发现CO扩散量与煤中镜质组含量成正比关系,与惰质组含量成二次曲线关系。从惰质组与镜质组之比对CO扩散量的影响分析可得出,惰质组对CO的扩散的影响大于镜质组对CO的影响,并用QM(Quantum Mechanics)软件对试验数据进行了分析处理,为进一步研究CO在煤层中的扩散机理提供了理论基础。     

基于40 kg试验焦炉对炼焦煤中最佳活惰比研究

通过测定11种不同炼焦煤的煤岩性质和40 kg试验焦炉所炼焦炭抗碎强度分析,确定了基于炼焦煤镜质组最大反射率的活性权函数方程,根据其活性权函数对各炼焦煤的活惰比进行了计算.分析可知,焦炭抗碎强度M40最大时所对应的活惰比为2.17,为优化配煤提供了技术依据.     

煤基活性炭制备研究进展

概述了制备煤基活性炭的研究进展及成果.煤种和活化工艺是决定煤基活性炭性能的重要因素,针对不同煤种,介绍了物理活化、化学活化和复合活化工艺及研究进展.     

煤镜质体反射率分布图在选煤厂洗选精煤过程中的应用

介绍了商品煤反射率分布图在原煤洗选加工中的应用,指出其可有效控制洗精煤的质量,并利用其对混配原煤的合理性作出判别。     

煤制活性炭工艺及吸附性能研究

以黑龙江煤制备活性炭,用正交试验法,考察原料煤种、碱炭比、活化温度、活化时间等因素对活性炭碘吸附值的影响,筛选出适宜煤种并获得了较适宜工艺条件:经酸洗脱灰的勃利煤,活化温度900℃,炭活化时间110 min,碱炭比5/1为最佳试验条件。在此条件下所得活性炭的碘吸附值已达2012 mg/g,比表面积达到1847 m2/g,其对水溶液中苯酚的吸附动力学研究结果表明,活性炭对苯酚的吸附符合二级吸附动力学模型,二级吸附速率常数k2为7.648×10-3g/(mg·min-1)。     

惰质组与镜质组对煤吸附CO性能的影响

针对许多中、低变质程度的煤层出现CO长期超标，但未出现自然发火的现象，对24种不同变质程度的煤样进行了CO等温(30 ℃)吸附实验以及煤岩显微组分分析.研究表明：煤的镜质组含量、惰质组含量对CO吸附量影响较大，且对于中、低变质程度的煤，惰质组对煤吸附CO的影响大于镜质组对CO吸附的影响.利用Mathematic软件对实验数据进行分析处理，得出在不同压力下，惰质组含量与吸附量之间的数学模型.     

基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备

分别以神木烟煤、麦秸秆及二者混合物为前驱体,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭电极材料（AC1,AC2,AC3）,采用低温N 2 吸附、接触角法对各活性炭的孔结构和润湿性进行表征,并利用恒流充放电、循环伏安、漏电流和交流阻抗等测试手段对各活性炭电极材料的电化学性能进行对比评价。结果表明：AC3兼具AC1比表面积高和AC2润湿性好的优点,其组装的超级电容器在3 mol/L KOH电解液中具有较高的比电容（270 F/g）、充放电可逆性好、较低的漏电流（0.01 mA）和较小的阻抗等特点,反映出煤与麦秸秆共活化过程中存在协同效应。     

烟煤黏结指数标准物质的研制

介绍了烟煤黏结指数标准物质的研制过程,主要包括煤样的选取和制备、均匀性检验、稳定性检验及定值等过程。该标准物质采用较高水平的多家实验室协同定值和内控样监控定值,定值结果准确可靠;定值时进行了测量方法的确认与优化,确保认定值的不确定度小,量值溯源性好。     

煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响

为系统研究煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响,以印尼褐煤不同煤岩显微组分为前驱体,采用KOH活化法制备活性炭,并用作超级电容器电极材料。利用低温N2吸附、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)对活性炭的孔结构特征和表面官能团进行表征,采用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测定活性炭电极的电化学性能,系统研究煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,不同煤岩显微组分所制活性炭的孔结构存在显著差异,其中惰质组活性炭的孔隙结构最发达,比表面积及总孔容分别可达2 712 m2/g和1.339 cm3/g,中孔率(39.7%)最高,其次为镜质组,壳质组最低;改变煤岩显微组分,可以调控活性炭1.5~3.2 nm范围内的孔隙数量;煤岩显微组分活性炭电极在KOH电解液中均具有优异的电化学性能,比电容量最高可达400 F/g,其优异的电化学性能归因于活性炭发达的微孔结构、合理的中孔分布和丰富的含氧官能团。     

煤基活性炭定向制备:原理·方法·应用

依托丰富的煤炭资源,我国成为世界上最大的煤基活性炭生产国。简要回顾了我国煤基活性炭工业的起源和发展历程,介绍了煤基活性炭的制备方法、生产工艺及应用现状,分析影响活性炭合理应用的因素,着重讨论了活性炭定向制备的概念、原理、方法及应用,提出了我国活性炭工业发展面临的重要问题和亟待研究的课题。结果表明:活性炭具有发达的孔隙结构,依据其对气、液相中微量成分选择性吸附的能力,在国防、医药、食品、化工行业得到广泛应用,近年来在能源、环境领域发现极大的应用前景;物理活化法是煤基活性炭制备的基本方法,原煤破碎活性炭、柱状活性炭及压块活性炭工艺是目前煤基活性炭的主要工业生产工艺,尤其是压块活性炭工艺,由于产能大、产品质量高且稳定并适于配煤、添加剂调孔,已成为新建、扩建活性炭企业的首选;孔结构、表面化学、形状、机械强度、流体力学性能等是影响活性炭应用的主要因素,"活性炭定向制备"即以用途对活性炭组成、结构和性能的要求为导向,制备具有适宜组成、孔结构、应用性能的活性炭产品,按照煤基活性炭定向制备涉及的指标及相互关系、影响因素、调控方法及难度,以孔结构调节为中心开发煤基活性炭定向制备技术成为主要策略;孔结构调控是在保证活性炭孔隙充分发育的前提下根据应用需求调节活性炭不同尺寸孔在总孔容中的比例,筛选原料煤、配煤、添加剂、优化工艺参数等措施,可以在不同程度上控制炭化过程,使炭化向生成各向同性、非石墨化、反应活性高、初生孔隙发达炭化物的方向发展,为活化阶段活化剂-炭基质间反应速度的调变打下基础,易于孔结构调控;煤基活性炭定向制备技术已应用于低灰高比表面积活性炭、磁性活性炭及兼有双电层电容和法拉第电容的高容量电极炭的研制,此外,在单种活性炭难以满足应用途径对活性炭提出的综合性能指标要求的情况下,配炭或是一种有效的解决途径。活性炭孔结构的精准量化调控、中孔活性炭的制备、配炭等研究尚待进一步深入;活性炭应用研究,利用西部高碱煤中内源性碱(土)金属调控煤基活性炭孔结构,开发洁净活性炭生产工艺,是煤基活性炭定向制备面临的新课题。     

用烟煤合成SiC的研究

用３种烟煤与ＳｉＯ２在氧化保护下合成ＳｉＣ,发现烟煤可以作为碳源合成ＳｉＣ,但不同烟煤煤种合成产物差别很大。研究表明,烟煤的挥发分含量及其焦炭的微观结构（如孔隙离大小、气孔形貌和比表面积等）是影响反应系统内物质生成的关键因素,在１２００～１６０℃温度范围内研究了３种烟煤的挥发分含量和焦炭微观结构的差异及其对合成ＳｉＣ反应体系的影响。