硼酸浸渍碳纤维对激光石墨化效果的影响

在激光石墨化前对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行硼酸(H_(3)BO_(3))浸渍处理,通过改变H_(3)BO_(3)含量和H_(3)BO_(3)浸渍时间考察H_(3)BO_(3)浸渍对激光石墨化效果的影响,采用拉曼光谱仪和X射线衍射仪对石墨化碳纤维的化学结构和微观形貌进行表征。结果表明:微量的硼可以进入石墨片层结构,石墨碳微晶的堆叠厚度L_(c)增大、石墨片层间距d_(002)减小、方位角半高宽减小、结晶度提高,同时石墨化程度提高;而过量的硼使得微晶结晶度和石墨化程度降低;在H_(3)BO_(3)含量和浸渍时间相同条件下,随着激光功率的增加,碳纤维石墨化程度显著提高。

添加二氧化硅的煤石墨化高温高压模拟实验

为研究自然条件下二氧化硅矿物对煤石墨化作用的影响,将二氧化硅添加剂与分选后的煤中镜质组(来自中国西南部贵州省格目底矿区)充分混合后,开展实验条件为600~1 200℃、1.5~2.0 GPa的高温高压模拟实验,对煤系石墨形成环境进行反演。通过X射线衍射、拉曼光谱和高分辨率透射电镜对石墨化产物进行分析,研究二氧化硅对煤的石墨化过程的影响。研究发现,二氧化硅在高温高压环境下存在阻碍石墨化作用的效果,抑制煤石墨化程度的增长。这一结果可为自然条件下构造强烈地区煤石墨化程度较低的现象提供一种解释。

石墨化阴极在350 kA铝电解槽上的应用

在“双碳”以及阶梯电价政策的双重背景下,通过技术升级降低吨铝电耗成为电解铝企业生存和发展的“生命线”。国内某公司350 kA系列铝电解槽采用沈阳铝镁设计研究院有限公司铝电解节能技术进行内衬优化升级,取得了降低铝液直流电耗321 kWh/t-Al的节能效果,全部推广后预期节电约1.12亿度/年,减少CO_(2)排放约6.5万吨/年。

石墨烯对环氧树脂泡沫炭石墨化、电导率和力学性能的影响

环氧树脂基泡沫炭是一种具有三维海绵状结构的新型炭材料,独特的网状泡孔结构使其具有高孔隙率、耐高温、耐腐蚀、导电/导热可调等性能,应用前景广阔。但是环氧树脂的石墨化困难,本工作以石墨烯为异质成核改性剂,用以提高环氧树脂泡沫炭的石墨化程度、电导率和力学性能。采用简单的发泡、炭化和石墨化工艺制备了石墨烯改性环氧树脂泡沫炭。石墨烯异质成核剂诱导了泡沫炭碳微晶生长,增加了碳晶格条纹长度,减少了碳晶体混乱。研究表明,不含或含质量分数0.05%石墨烯改性泡沫炭的晶面间距、晶粒堆垛高度、石墨化度分别为0.343nm、3.35nm、8.42%和0.342nm、10.22nm、23.2%。此外,石墨烯作为晶胞成核位点会影响泡沫炭的平均晶胞尺寸,随着石墨烯含量的增加,泡沫炭平均晶胞尺寸先减小后增大。同时,石墨烯改性增大了泡沫炭的有序结构,提高了其导电性,当石墨烯的质量分数为0.05%时,泡沫炭电导率为53.8 S·m^(–1)。相对于纯泡沫炭(压缩应变为0.0096%),质量分数0.01%、0.02%、0.05%和0.10%的石墨烯改性泡沫炭压缩应变增加至0.208%、0.228%、0.187%和0.1146%。本研究为碳纳米材料/泡沫炭制备、碳结构和性能调控提供了新的研究方法。

石墨化炭黑去除水产养殖尾水中恩诺沙星残留的研究

本研究探究并评价了石墨化炭黑(graphitized carbon black,GCB)吸附去除水产养殖环境中恩诺沙星(enrofloxacin,ENR)的能力。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱以及Zeta电位对石墨化炭黑进行表征,探讨了p H值、吸附温度(T)、恩诺沙星初始质量浓度(C0)、吸附时间(t)对石墨化炭黑吸附恩诺沙星的影响。同时,从吸附热力学和吸附动力学等方面探究了石墨化炭黑对恩诺沙星的吸附机制。结果表明,石墨化炭黑对恩诺沙星具有良好的吸附能力,吸附过程符合伪二级动力学模型和弗罗因德利希(Freundlich)吸附等温模型。在p H=7、C0=200 mg/L、T=35℃的条件下,石墨化炭黑对溶液中恩诺沙星的吸附能力最强,最大吸附量可达74.43 mg/g。此外,石墨化炭黑对实际加标养殖淡水和加标养殖海水中恩诺沙星残留具有较好的吸附去除能力,单位吸附量分别为(32.47±0.99)、(31.84±1.46)mg/g。综上所述,石墨化炭黑具有去除实际水产养殖尾水中恩诺沙星的应用潜力。

石墨化阴极在400 kA系列铝电解槽的应用

作为以电力、炭阳极、氧化铝为主力需求的高耗能电解铝企业,为积极响应国家“碳达峰,碳中和”战略目标,某公司率先通过技改措施以达到减碳降耗,采用高导电钢棒、高导电石墨化阴极炭块、强保温底层内衬材料等优化改造方案提高电能利用率,降低综合电耗。以400 kA系列铝电解槽为研究对象,探索石墨化阴极内衬在400 kA系列电解槽上的生产应用研究。石墨化阴极炭块相比石墨质阴极炭块具有更优良的导电性和导热性,可以提高电流效率和电解槽稳定性,阴极压降、平均电压、效应系数和交直流电耗明显降低,电解槽槽寿命亦有所延长,实现了电解槽内衬优化、节能降耗的目标。

压力环境对纳米晶金刚石石墨化的影响

高压下纳米金刚石石墨化对多晶金刚石烧结体的性能具有非常重要的影响。为此,在5~9 GPa、600~1500℃的压力温度范围,分别对平均晶粒尺寸为50 nm的纯纳米金刚石粉末和NaCl-纳米金刚石混合粉末的石墨化温度进行了研究。结合粉末X射线衍射的物相定量分析方法,分析了非静水压(纯金刚石粉末)和准静水压(NaCl-纳米金刚石混合粉末)下纳米金刚石在不同压力和温度下的石墨化程度。结果表明:5 GPa时,纯纳米金刚石粉末石墨化的起始温度在800℃以上,9 GPa时则在1000~1300℃之间;在约7 GPa的压力下,较短的保温时间内纳米金刚石的石墨化温度由非静水压环境中的1000℃提高到准静水压环境中的1500℃以上。

240 kA石墨化阴极电解槽“四低一高”工艺控制路线

某铝厂电解系列经技改升级后成为国内首个全系列使用石墨化阴极的240 kA电解系列。由于缺乏石墨化阴极电解槽运行的生产经验,因此出现了电解槽偏冷,工艺技术指标未达预期值。该厂工艺技术团队对系列电流、槽电压、铝水平、分子比等工艺条件进行试验研究,最终形成“四低一高”的工艺控制标准。通过执行该标准和精细化的生产管理,实现电解槽高效平稳运行。

碳纤维硼催化石墨化技术综述

碳纤维具有质轻强度高、性能优异、应用范围广泛等优点,随着科技的进步和经济的发展,应用最为广泛的T-300和T-700级别碳纤维已难以满足市场的需求。碳纤维石墨化过程是提升力学性能的必要一环,是制备性能更优碳纤维不可略去的一步。然而,传统石墨化过程的石墨化条件苛刻、能源消耗大,限制了碳纤维应用的普适性。硼催化石墨化旨在碳纤维石墨化的过程中掺杂硼原子,可有效降低石墨化的温度,加速碳纤维微观晶体结构演化的过程,提升碳纤维的性能,有望克服传统石墨化方法的劣势。为实现碳纤维的亲民化,满足各领域的需求,国内外研究者们针对硼催化石墨化进行了深入且广泛的研究。笔者从硼催化石墨化的具体过程出发,综述了硼催化石墨化中硼系催化剂的选择和硼掺杂的方法,分别对硼催化石墨化的机理与反应过程进行归纳,讨论并分析了催化石墨化温度的选择和硼催化石墨化对碳纤维性能的影响。以期为未来研发新兴的催化石墨化方法、高性能碳纤维的制备提供参考。

石墨化温度对质子交换膜燃料电池用碳纸性能的影响

以聚丙烯腈碳纤维和聚乙烯醇为原料,将湿法造纸抄造的碳纸原纸用酚醛树脂浸渍热压固化后进行碳化石墨化,制备了石墨化温度不同的燃料电池用碳纸样品,分析了碳纸的拉伸强度、透气性、水平电阻率等性能指标,并通过X射线衍射仪分析了石墨化温度不同的碳纸样品的石墨结构,探究了石墨化温度对燃料电池用碳纸性能的影响,确定了实验条件下碳纸性能较优且成本较低的最佳石墨化温度。实验结果表明:在2000~2800℃阶段,2400℃条件下制备的碳纸综合性能最佳,比2800℃制备的碳纸可节省电力能源;石墨化温度为2400℃时,碳纸的拉伸强度为22.9MPa、水平电阻率为3.935mΩ·cm、石墨化度为68.68%。

钢棒保温改善石墨化阴极电解槽能量平衡的实践

近年来石墨化阴极炭块凭借其优异的性能被电解铝行业所青睐。但部分企业只将阴极及其他部分内衬材质做了改变,磁场及母线配置并未调整,导致电解槽能量平衡不匹配,出现电解槽偏冷、伸腿肥大等现象,影响电解槽的正常生产。本文采取对全石墨阴极电解槽进行钢棒保温这一措施,有效减少电解槽散热,通过对钢棒保温前后的温度、效应系数、以及电压差值进行对比分析,有效证明该措施有效,最终达到引导电解槽能量趋于平衡的目的。

石墨化阴极电解槽低电压工艺控制研究及应用

针对低电压下电解槽运行稳定性差的难题,采取石墨化阴极电解槽技术、新材料应用、筑炉技术改进及启动方法优化等措施,实施低电压工艺精准控制、精细化管理及标准化操作,显著提升了电解槽运行稳定性,使交流电耗≤12 780kW·h/t·Al,直流电耗≤12 700 kW·h/t·Al。

500KA石墨化阴极电解槽技术特点与应用技术探讨

本文通过对某厂500KA石墨化阴极电解槽与GS-5(50%高石墨质阴极)电解槽的主要材料指标、筑炉等技术数据对比分析,反映出石墨化阴极优良的理化性能指标,并结合某厂石墨化阴极电解槽焙烧启动及初期运行技术数据,对关键参数进行了技术探讨,得出了石墨化阴极电解槽具有的优势与节能潜力。

基于石墨化炉的烟气脱硫过程优化及能耗分析

为了提高石墨化炉烟气脱硫的效率和降低能耗,这一研究在探讨基于石墨化炉的烟气脱硫过程优化和能耗分析上进行了深入探讨。我们首先模拟建立了石墨化炉烟气的脱硫过程,并找出一种最优的脱硫方法。研究发现,通过控制操作条件,如温度、pH值和氧化剂的添加,可有效提高脱硫效率,同时降低了能耗。进一步的能耗分析表明,优化的操作过程能在满足环保要求的同时,大幅度降低系统的总能耗。此外,我们还提出了一种基于回收石墨的脱硫废物对石墨化炉的再利用策略,这一策略不仅能进一步降低系统能耗,还可显著减少废物排放,实现了炼钢工业的绿色、低碳和可持续发展。这个研究结果可为石墨化炉的烟气处理提供重要的理论基础和实际应用指导。

全石墨化阴极炭块在500 kA铝电解系列大修槽的推广应用

为推动电解铝行业绿色低碳发展,通过在500 kA铝电解系列大修槽中推广应用全石墨化阴极炭块,电解槽的主要经济技术指标优化提升,使用寿命延长,节能减排效果显著。

煤有机大分子碳结构石墨化机制

煤化作用和石墨化作用共同控制煤的形成和演化,因煤物质成分、化学结构的复杂性和石墨化作用的特殊性,使得研究煤大分子结构热演化过程非常困难。为了探索煤化过程和石墨化过程中的大分子结构变化特征,通过煤质分析、固体核磁共振、高分辨率透射电镜(HRTEM)、黄金管热模拟等实验技术和Amsterdam Modeling Suite (AMS)量子化学计算技术,对不同煤阶煤和煤系石墨样品进行测试分析,从大分子量子化学角度构建不同煤阶煤的有机大分子结构,以揭示煤的有机质大分子碳结构演化及石墨化机制。(1)随着成熟度升高,煤大分子结构中芳香结构的占比逐渐增大,脂肪结构含量逐渐减小,芳碳率在无烟煤阶段达到0.9以上;(2)低煤级煤和中煤级煤大分子中2×2、3×3尺寸的芳香条纹含量占比最大,随着成熟度的升高优势方向(75°、90°和105°)条纹占比由26.47%增至50.10%,在无烟煤和高级无烟煤阶段出现芳香条纹堆叠现象;(3)利用构建的三维大分子结构模型开展热解模拟计算,发现随着模拟温度升高,芳香层片间距有规律的减小,从0.400 nm降至0.318 nm,这与低煤阶煤到高煤阶煤芳香层片层间距从0.467 5 nm降到0.368 0 nm的结果是一致的;(4)分析评价了煤石墨化过程中大分子结构体系的变化规律,初步认为杂原子和脂肪结构的脱除是煤芳香结构向晶簇转化的原因,并探讨了煤大分子石墨化机制,初步揭示煤化作用和石墨化作用过程中,碳结构的变化规律和演化机理。

石墨化碳黑净化柱结合HPLC-PDA和LC-MS/MS快速检测苹果汁中展青霉素

基于石墨化碳黑材料制备了一种固相萃取柱(GCB柱),结合高效液相色谱-二极管阵列检测法(HPLC-PDA)和液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)评估了GCB柱和4种商业化固相萃取柱(Retain AX PAX、MAX和HLB)的净化效果,并对澄清型苹果汁中影响展青霉素准确定量的杂质进行了分析。结果发现,苹果汁经上述5种净化柱净化后,大大降低了杂质干扰,色谱图、信噪比和基质效应显著改善。其中,GCB净化为HPLC-PDA分析提供了理想的色谱图,为LC-MS/MS分析提供了可接受的基质效应(-14%)、优于HLB净化的色谱图以及与Retain AX净化相当的信噪比。建立的稳定同位素稀释-液相色谱-串联质谱法(SIDA-LC-MS/MS)可以克服基质效应和净化损失对检测结果准确性的影响。采用HPLC-PDA和SIDALC-MS/MS分析时,GCB净化比HLB净化的方法更灵敏;MAX、HLB和GCB净化均能得到较好的回收率(82%~102%)和较小的相对标准偏差(≤9%)。所开发的GCB净化方法仅需上样和洗脱2步,且在重力作用下过柱仅需10 min,比其他固相萃取净化更简单快捷,净化能力良好。实际样品经GCB柱净化和HPLC-PDA、SIDA-LC-MS/MS分别分析,展青霉素的平均含量为34μg·kg-1。GCB柱较好的净化效果和较低的使用成本将有助于其在展青霉素常规检测中的广泛应用。

黄腐酸基催化石墨化炭材料的制备及储钾特性

通过以黄腐酸为碳质前驱体,硝酸铁为催化剂,以催化石墨化法制备出具有两种碳结构(膨胀石墨和微孔炭)的硬炭材料。材料中类石墨微晶的层间距为0.352 nm,XRD结果表明材料d002约为0.360 nm,表现出材料的结构特异性。在应用于钾离子电池负极中时,样品FA-9在25 mA/g电流密度下具有402 mAh/g的首次可逆比容量,在1 A/g电流密度下循环500周后比容量可达95 mAh/g,容量保持率达到67.5%。

500 kA石墨化阴极电解槽燃气焙烧工艺技术研究

本文根据500 kA石墨化电解槽阴极、阳极、扎固糊的理化性能,对电解槽燃气焙烧工艺温度梯度控制标准和燃气配比(空气过剩系数)控制标准进行优化试验,提高了燃气焙烧效率和焙烧质量,节约焙烧成本的同时降低了阴极压降。

改性树脂炭的石墨化及应用进展

树脂炭具有良好的力学、电学以及热物理性能,是广泛应用于航空、航天、能源等领域的结构功能一体化材料。树脂固有的分子结构特性导致树脂炭难石墨化,限制了树脂炭的广泛应用。本文综述了近年来改性树脂炭石墨化及应用的研究进展,系统介绍了催化剂、碳纳米材料、易石墨化共炭化剂三类树脂改性剂,可提高树脂炭的石墨化炭含量并降低其石墨化温度。其中催化剂和碳纳米材料改性剂方面的研究较多,催化剂改性剂在较低温度下(低于1400℃)便能使树脂炭的石墨化度达74%,而碳纳米材料改性剂需要在2000℃以上才能较明显地提高树脂炭的石墨化度。相比前两种改性剂,易石墨化的共炭化改性剂不仅能提高树脂炭的石墨化度,还能提高树脂的残炭率。在应用方面,提高树脂炭的石墨化度能提高炭/炭复合材料的导热和导电性能,也能提高超级电容器材料和二次电池电极材料的导电性能、倍率性能和功率密度。最后探讨了改性树脂炭的石墨化及应用面临的挑战和发展方向。