垂直排列碳纳米管阵列和炭/炭复合材料的制备、导热性能及其在热管理中的应用进展

现代科技的发展对热管理材料提出了更高、更迫切的需求。由于具有优异的导热性、低热膨胀系数和耐高温性,定向排列碳纳米管和炭/炭复合材料作为理想的轻质、稳定的热管理材料引起了广泛的关注。本文首先介绍了炭材料的导热机制,系统评述了垂直排列碳纳米管阵列和炭/炭复合材料的制备方法,热导率的主要影响因素以及它们在热管理中的应用。总结了材料制备-结构-性能之间的关系,并给出了提高材料导热性能的策略。最后提出了垂直排列碳纳米管阵列和炭/炭复合材料在热管理应用中面临的挑战及今后的研究方向。

高定向导热炭材料的研究进展

微电子及通讯技术领域的快速发展对热管理材料提出了更高要求,迫切需要设计和开发高定向导热炭材料。高定向炭材料因其较高的石墨微晶结晶度和石墨化度、有序规整堆叠的石墨烯层片,而具有典型的各向异性高导热特性。粉末状炭材料(如鳞片石墨、气相生长炭纤维、纳米碳管、石墨烯等)的热导率虽然很高,但作为导热填料制备的复合材料的整体导热效果不佳,因此其在大型高功率集成器件散热领域的应用会受到一定限制。控制炭材料内部石墨微晶大小、取向和取向连续性是实现炭材料高定向导热性的关键。通过选择合适的碳质前驱体、成型工艺和热处理条件,调控石墨烯层片连续取向得到的宏观尺寸炭材料(如柔性石墨、天然鳞片石墨模压块、高定向热解石墨、聚酰亚胺石墨膜/块体、中间相沥青基炭纤维连续长丝及其复合材料等),可使石墨晶体沿(002)晶面方向保持高导热特性,实现高定向、连续、多维度可调控热传导,因此在导热、散热、热防护等领域具有广阔的应用市场。

炼焦配煤中添加铁矿石对焦炭性能的影响

通过在炼焦配煤中添加不同配比的加拿大精矿粉、澳大利亚FMG粉和鄂西高磷铁矿粉炼制铁焦,并对其显微强度、相对密度、气孔率、冷强度、反应性、反应后强度和气化反应开始温度进行分析,探讨配煤中添加铁矿石对焦炭性能的影响。结果表明,在配合煤中添加质量分数为15%的加拿大精矿粉所制得的铁焦在反应性高的情况下,具有合适的反应后强度;金属铁对焦炭气化反应具有正催化作用。

无烟煤配煤对焦炭质量的影响

用5kg试验焦炉对无烟煤进行配煤炼焦试验,基于无烟煤性质的分析,研究无烟煤粒度和配入量对焦炭质量的影响。结果表明,4种无烟煤性质相近,属易磨中、低热稳定性煤,在烟煤中的容惰能力相差不大;添加3%-5%粒度不大于1mm的无烟煤炼焦,焦炭冷态强度和热态强度分别提高了2.30%和6.03%。

浅谈高校化学实验室危化品安全管理

由于高校实验室管理的重要性日益提高,危险化学品的安全管理已成为高校工作的重点和难点。本文首先概述了当前危化品安全在高校化学实验室管理中的必要性,接着系统分析了其尚存的一些关键问题,最后对于危险品安全管理工作给出了相应措施,以便能够高效地确保全校师生的工作及学习,创造一个安全、融洽的校园环境。

生物质与煤固定床共碳化的实验研究

选取三种不同生物质(松木、花生壳和稻草)与炼焦煤在固定床上进行共碳化实验,生物质质量分数分别为0%,3%,6%,9%和12%.结果表明,当松木、花生壳和稻草质量分数由0%增加到12%,焦炭产率由75.39%分别降低至66.29%,68.40%和67.39%;焦油产率由6.88%升高至12.98%,12.16%和11.42%;而气体产率由13.64%升高至15.63%,15.27%和16.97%.共碳化产物产率实验值与理论值存在一定偏差,这说明生物质与煤共碳化过程发生了协同作用.随着生物质掺入量的增加,生物质与煤共碳化气态产物中CO和CO2体积分数升高,而H2和CH4体积分数降低.

改质煤沥青制备活性炭的研究

以改质煤沥青为原料,采用KOH活化法制备活性炭。探讨了碱炭比、炭化时间、活化温度、活化时间等对活性炭吸附性能的影响。结果表明,制备改质煤沥青基活性炭的最佳条件为:碱炭比为4,炭化时间为45 min,活化温度840℃,活化时间140 min,在此条件下,制得改质煤沥青基活性炭的碘吸附值为1 152.8 mg/g。

降低肥煤配比提高焦炭热性能的研究

依据湘钢炼焦煤特性,结合煤岩反射率分布图,通过降低肥煤用量,增加斗槽瘦煤的配比,用马头焦煤替代部分肥煤和用天安1/3焦煤替代部分肥煤进行降低肥煤配比的优化配煤试验;在40 kg小焦炉炼焦的结果表明,降低4%~5%的肥煤用量,焦炭的热强度可分别提高3.30%,5.40%,6.25%。

加热制度对干燥煤炼焦焦炭质量的影响

以水分含量为2%左右的干燥煤为实验原料,采用5 kg实验焦炉炼制焦炭,探讨了加热制度对干燥煤炼焦焦炭质量的影响,并运用XRD分析了加热制度对焦炭微晶结构的影响。结果表明,优化炼焦加热制度可以有效改善焦炭质量,随着炼焦终温、保温时间、升温速率的增加,焦炭的抗碎强度和反应后强度均先增大后减小,耐磨强度和反应性均先减小后增大;焦炭微晶结构中层间距d_(002)均有所减小,石墨化度升高,焦炭结构强度增大;在炼焦终温、保温时间、升温速率分别为1150℃、2.5 h、2.5℃/min时,焦炭的质量最好。

中间相沥青基介孔炭的表征及其用作锂离子电池负极材料的电化学性能

以中间相沥青为碳源、CaCO_3为模板,制备中间相沥青基介孔炭(MPMC)。采用XRD、SEM、TEM等手段表征所制介孔炭的结构和形貌,并将其用作锂离子电池的负极材料,测试电化学性能。结果表明,所制MPMC具有丰富的介孔结构和较大的比表面积及孔体积,随着CaCO_3质量分数的增加,MPMC的比表面积和孔体积先增加后减小,当CaCO_3的质量分数为70%时,所制MPMC的比表面积和孔体积最大;MPMC用作锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能,能有效提高锂离子电池的可逆比容量,具有良好的循环稳定性和倍率性能。

稻杆与褐煤共热解转化效能研究

利用Aspen Plus化工流程模拟软件建立了生物质与煤共热解工艺模型。把共热解过程分为干燥、热解、分离三个单元,结合共热解实验产率数据,用Aspen Plus软件对复杂的热解过程进行黑箱化处理。计算出反应热,依次对三个单元进行能量衡算,对系统能量转化效率进行评价。结果表明:生物质添加比为20%(质量分数,下同)时焦油产率最高,为12.08%,与褐煤单独热解时的焦油产率相比提高了40.45%;模拟计算结果表明,热解单元是系统的主要能耗单元,占系统总能耗的55.39%,通过灵敏度分析得到干燥单元能耗随褐煤含水量增加而近似直线增加,系统能量转化效率为74.48%,可通过回收热解气和水蒸气的显热以及在热解前对褐煤进行干燥处理来提高系统的能量效率。

酸洗碱洗对稻壳炭湿法除灰制植物炭黑的影响

稻壳在500~600℃炭化后灰分接近50%,以稻壳炭为原料制取植物炭黑,需达到国标(GB 28308-2012)规定的植物炭黑灰分含量≤4%的要求。使用盐酸、氢氟酸、盐酸与氢氟酸的混酸等无机酸,和氢氧化钠溶液对稻壳炭进行湿法除灰。结果表明,盐酸除灰效果不佳,氢氟酸能有效脱除稻壳炭灰分,当固液比为1∶20且氢氟酸质量分数为8%时,灰分含量降至2.46%,符合国标规定。经盐酸溶液预处理的稻壳炭,再使用2 mol/L氢氧化钠溶液洗涤,其固液比为1∶20,稻壳炭灰分为2.00%。

凤眼莲与低阶煤低温共热解特性研究

采用自行改装设计的干馏炉对不同配比的凤眼莲（EC）和低阶煤（LFC）进行低温共热解实验,得出凤眼莲添加量为30％时热解油产率达到最高值11.32％,与纯煤时对比提高了24.81％,比质量加权值提高了5.11％.选取凤眼莲、煤样和凤眼莲添加量为30％的混合样进行了热重分析,在300℃～700℃温度段,实验失重量明显大于质量加权值.并对热解油进行了GC-MS检测,共热解油中烷烃含量比纯煤时提高了34.46％.元素分析和热值分析得出共热解油H/C比纯煤时提高了8.72％,热值稍低于汽柴油的热值.说明凤眼莲与低阶煤共热解存在协同效应,共热解油实现了一定程度的轻质化.

聚丙烯酸酯乳液改性纳米氢氧化镁/交联低密度聚乙烯复合材料的结构与性能

用纳米聚丙烯酸酯乳液改性纳米M g(OH)2,并制备了纳米M g(OH)2/交联低密度聚乙烯(XLDPE)复合材料。用FTIR,TEM,SEM等手段对纳米M g(OH)2表面性质和纳米M g(OH)2在XLDPE中的分散程度进行了表征,并对纳米M g(OH)2/XLDPE复合材料的拉伸和阻燃性能进行了研究。实验结果表明,改性的纳米M g(OH)2表面吸附了一层聚丙烯酸酯;改性纳米M g(OH)2在XLDPE基体中分散均匀;添加改性纳米M g(OH)2的复合材料的拉伸和阻燃性能明显优于添加未改性纳米M g(OH)2的复合材料;当m(改性M g(OH)2)∶m(低密度聚乙烯)=15时,复合材料的拉伸强度达到最大值(23.7M Pa)。

无烟煤对高炉喷吹用混合煤燃烧性的影响

采用非等温热重分析法研究了5种单种煤及9种混合煤的燃烧特性,根据TG-DTG曲线得出各试验煤样的着火温度、燃尽温度、最大燃烧速率和平均燃烧速率,并进一步计算出其燃烧特性指数。探讨了不同无烟煤对高炉喷吹用混合煤燃烧性的影响,并对不同粒度区间的混合煤燃烧性进行了研究。结果表明,混合煤的燃烧性与配入单种煤的燃烧性相关,同时也受其可磨性的影响,当配入无烟煤的燃烧性能相近时,无烟煤对混合煤燃烧性的影响主要取决于无烟煤的可磨性。

灵武煤CS_2/NMP萃取物的柱层析分离及其馏分的GC/MS分析

室温下用等体积的二硫化碳／N-甲基-2-吡咯烷酮（CS2／NMP）混合溶剂对灵武煤进行超声辐射萃取。依次用正已烷、苯、氯仿和四氢呋喃作为展开剂对萃取物进行柱层析分离，得到馏分F1～F4，用气相色谱／质谱联用仪（GC／MS）分析各馏分。结果表明，烷烃高度富集于F1中，F3中稠环芳烃相对含量最高，F4的主要成分是合氧有机化合物。

霍林郭勒褐煤在NaOCl水溶液中的氧化反应

在温和条件下研究霍林郭勒褐煤在NaOCl水溶液中的氧化反应,用乙酸乙酯萃取反应混合物,用重氮甲烷酯化萃取物,通过GC/MS分析,检测到大量的水溶性苯多酸、脂肪羧酸和一定量的氯代产物。结果表明,NaOCl能有效降解煤中大分子,可作为一种研究煤的结构及其高效利用的有效方法。

K和Na对炼焦煤工艺性质及捣固焦质量的影响

在炼焦配合煤中添加K_2CO_3或Na_2CO_3进行捣固炼焦,考察K或Na对炼焦煤工艺性质和焦炭性能的影响,运用DTG分析K或Na对炼焦煤热解质量的影响规律,运用XRD和SEM分析K或Na对焦炭性质的影响规律.结果表明,随着K或Na添加量的增加,炼焦煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf）质量分数先增加后保持不变,黏结指数（G）和胶质层最大厚度（Y）减小;K或Na使炼焦煤的热解DTG曲线在200℃出现失重峰,在400℃~600℃之间的热解速率变大.随着配合煤中K或Na添加量的增加,焦炭的冷态强度降低,热态性能变差,焦炭微晶结构中堆垛高度Lc减小,网状平面尺寸La变化不大,层间距d002增大,石墨化度降低;K或Na使得焦炭基质受CO_2破坏的程度加剧,从而降低焦炭结构强度.

印尼煤的煤质特征及与国内炼焦煤配伍性研究

对某焦化公司进口的印尼焦煤、肥煤、1/3焦煤以及国内同牌号的田庄焦煤、两渡肥煤和枣庄1/3焦煤进行煤质及单种煤结焦性对比分析，并以生产常用配比为基础进行20 kg实验焦炉配煤炼焦实验，探讨印尼煤与国内炼焦煤的配伍性能。结果表明，印尼煤均是低灰、低硫、强黏结性、高膨胀性、低流动性的单一煤，其活性高，活惰比均不低于24，而国内炼焦煤有一定的混配，其活惰比为1～2，活性组分和惰性组分含量较为均衡；印尼单种煤所制焦炭的强度和热性能较差；印尼煤替代国内同牌号煤进行配煤炼焦，所制焦炭质量明显下降，并且替代量越大，焦炭质量下降越多。

氧化钙催化的霍林郭勒褐煤的超临界甲醇解研究

制备用于催化褐煤超临界甲醇解的固体碱CaO,并用XRD和CO2-TPD对其进行表征。分别考察反应温度、时间及CaO和CH3OH的用量对霍林郭勒褐煤解聚反应的影响。依次用CH3OH、等体积的CH3COCH3与CS2混合溶剂、等体积的THF与CS2混合溶剂进行萃取分离,得到萃取物E1、E2和E3,并采用GC/MS对可溶物组分进行分析。结果表明,在反应温度为320℃、CaO用量为0.6 g、甲醇用量为20 mL、反应时间为2 h的条件下,霍林郭勒褐煤醇解的总萃取率可达70%以上;E1中共检测到77种有机化合物,主要是酚类、烷烃类、酮类和含杂原子化合物。