碳纳米管模板导向制备煤沥青基电热材料及其性能调控研究

本研究以煤沥青为原料、多壁碳纳米管为结构导向剂,通过炭化制备了形貌和结构可控的煤沥青基碳膜,考察了多壁碳纳米管对导电填料结构及碳膜电热性能的影响规律。研究发现,多壁碳纳米管掺杂导致导电填料的晶格排列有序度增加、晶格间距减小和石墨化程度提高;多壁碳纳米管的引入提高了碳膜的载流子浓度,进而显著提高了其导电性。掺杂2%碳纳米管,可使煤沥青基碳膜的载流子浓度提高3.2倍、电阻降低67%;在5、10和15 V电压下,煤沥青基碳膜的发热温度分别可达44、88和165℃,相对未掺杂碳膜分别提高了7、22和70℃,显示出极大的应用前景。

高硫煤基多孔碳材料的可控制备及其用于锂硫电池

高性能、低成本的多孔碳材料是理想的锂硫电池硫宿主材料,但利用廉价的原料实现其规模化制备仍面临巨大挑战。以资源丰富的高硫煤为原料,采用氧化镁和氢氧化钾作为模板剂和活性剂,制备了煤基多孔碳材料,并研究了其作为锂硫电池硫宿主材料的构效关系。研究发现,煤基碳材料制备过程中,模板剂MgO作用下产生介孔(占比74%);活性剂KOH主要导致微孔(占72%)生成;MgO和KOH共同作用制备的碳材料PCMgO+KOH比表面积大(1616 m^(2)/g)、孔容高(1.02 m^(3)/g)、孔结构丰富(介孔54%、微孔46%)。电化学性能测试结果表明,S@PCMgO+KOH具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性,在1 C充放电倍率循环500圈后容量仍能保留553.2 mAh/g,容量保持率达65.5%,每个循环的衰减率低至0.069%;在2 C下,循环500圈后容量为484.0 mAh/g,容量保持率为63%,每圈衰减率仅0.075%,具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性。PCMgO+KOH优异的电化学性能主要来自其较小的欧姆电阻和电荷转移电阻、快速的多硫化物氧化还原反应动力学及对多硫化锂优异的束缚能力。本研究为价廉性高的锂硫电池硫宿主材料的制备提供了可选择的路线。

低温煤焦油增韧酚醛泡沫的制备及性能表征

本研究以低温煤焦油为原料,部分替代石油基苯酚制备煤焦油基酚醛泡沫(CPF),对CPFs的化学结构、表观形貌、压缩强度、粉化率、热稳定性、阻燃性能和隔热性能进行了表征。结果表明,CPFs与常规酚醛泡沫的化学结构相似。与常规酚醛泡沫相比,30%CPF和40%CPF的压缩强度分别增加了18.3%和55.9%;且由于脂肪结构如烷基酚的引入,使得泡沫的韧性显著提高,其粉化率分别下降了22.9%和50.8%。此外,CPFs在低温下的热稳定性增加。尽管CPFs的极限氧指数下降,导热系数增加,但依然保持较好的阻燃和隔热性能。这说明低温煤焦油能够高比例地替代苯酚制备出性能优良的酚醛泡沫,为低温煤焦油的高值化利用提供了新的思路。

过氧化氢温和氧化2-甲基萘的研究

利用过氧化氢在冰乙酸溶剂和无催化剂下氧化2-甲基萘,制备2-甲基萘醌。考察了反应温度、时间、溶剂体积以及氧化剂与原料的配比等对2-甲基萘醌产率的影响。结果表明,较优的反应条件为:反应温度90℃,反应时间4 h,溶剂量40 mL,氧化剂与原料的摩尔比10∶1。在以上较优条件下,2-甲基萘转化率为88.66%,2-甲基萘醌的选择性69.44%。

液相氧化法制备维生素K中间体β-甲基萘醌的研究

用溴酸钾氧化β-甲基萘制备β-甲基萘醌。考察了相转移催化剂种类、反应温度、反应时间、氧化剂与原料的配比等因素对目标产物收率的影响,从而获得了最佳反应条件:相转移催化剂为四丁基溴化铵,反应温度80℃,反应时间5 h,氧化剂与原料的配比2.5∶1。在以上较优条件下,得到目标产物β-甲基萘醌的收率为48.12%。比传统的工业生产大约高出10个百分点。

超声波辅助法测定煤及其衍生物中酸性含氧官能团的研究

为提高煤中酸性含氧官能团测定结果的准确度,对传统的离子交换法进行了改进,利用超声波恒温水浴代替直接加热回流。超声波测定法提高了煤样在试剂中的分散程度以及与试剂的浸润性能,促进了水浴反应,使得测定结果优于传统的离子交换法。此法不仅可以用于煤中酸性官能团含量的测定,而且也可用于煤衍生物中酸性官能团的测定。从实验中得出的煤中酸性含氧官能团与试剂充分进行离子交换的较优条件是:超声波作用温度50℃和作用时间40 min,恒温水浴95℃下加热反应4 h。

四丁基溴化铵催化氧化β-甲基萘的研究

利用溴酸钾在冰醋酸溶剂下氧化β-甲基萘制备β-甲基萘醌。考察了催化剂种类、反应温度、反应时间、氧化剂与原料的摩尔比等因素对目标产物收率的影响,从而获得了较优的反应条件:相转移催化剂为四丁基溴化铵,反应温度80℃,反应时间5h,氧化剂与原料的摩尔比2.5∶1。在以上较优条件下,β-甲基萘转化率为81.46%,β-甲基萘醌的选择率59.07%。

2-甲基萘制备2-甲基萘醌的研究进展

综述了以2-甲基萘为原料制备K类维生素中间体2-甲基萘醌的方法及其进展,总结了各种氧化方法及其优缺点,并针对当前工业生产中存在的问题,提出了合理的建议。

相转移催化氧化法制备2-甲基萘醌的研究

用溴酸钾在酸性溶剂下氧化2-甲基萘制备2-甲基萘醌。考察了相转移催化剂、反应温度、反应时间、氧化剂与原料的配比等因素对收率的影响,获得的最佳反应条件如下:相转移催化剂为四丁基溴化铵,反应温度为80℃,反应时间5h,氧化剂与原料的配比2.5∶1。2-甲基萘醌的收率为48.12%,比传统的工业生产大约高出10%。

煤基前沥青烯的FeS+S催化加氢动力学研究

为了优化煤直接液化工艺条件和提高油收率,本研究利用30 m L高压管式反应釜研究了煤直接液化重质产物前沥青烯加氢液化行为,考察了Fe S+S催化剂下反应温度(380、400、420和440℃)、液化时间(0、5、10、20、30和60 min)、5.0 MPa氢初压和四氢萘溶剂条件下前沥青烯液化转化行为,同时考察了前沥青烯的催化加氢液化反应动力学。利用集总动力学法建立了FeS+S催化前沥青烯加氢的动力学模型。研究表明,前沥青烯加氢直接生成沥青烯和焦渣,而沥青烯进一步加氢裂解生成油和气,高温下发生明显的逆向缩合反应,即前沥青烯生成焦渣和沥青烯生成前沥青烯。温度和反应时间的增加有利于提高前沥青烯的转化率和油气收率,440°C下反应60 min时,前沥青烯的转化率为79.45%,油气收率为34.7%。380-440℃温度下,动力学模型能够较好地描述小龙潭液化产物前沥青烯的加氢转化行为,各步转化均符合Arrhenius表观活化能公式,并且活化能变化为50-245 k J/mol。

神府煤的液化性能及其重质产物结构表征

利用管式高压反应釜,以四氢萘为溶剂、FeS和S为催化剂,对神府煤进行了加氢液化研究,考察了催化剂、反应温度和反应气氛等因素对煤液化性能和产物组成分布的影响,同时对液化产物进行了红外光谱、元素分析以及酸性含氧官能团等结构表征。结果表明,FeS+S催化神府煤液化的最高四氢呋喃(THF)抽提率和油+气收率分别为69.5%和35.9%;未加催化剂时,神府煤液化THF抽提率和油+气收率都是最低的。

先锋褐煤热溶及热溶物红外光谱表征

利用高温热溶装置研究了不同溶剂中先锋褐煤热溶性能,并对热溶物和热溶残煤分别进行了红外光谱表征。结果表明,先锋褐煤以化学交联大分子结构为主,非共价键缔合低分子化合物含量较低;虽然高温热溶可以显著提高热溶效率,300℃甲苯和四氢萘溶剂中热溶率达到20.7%和21.3%,但是以热断裂煤结构中的非共价键作用,促进低分子化合物溶解为主;300℃热溶过程中不存在明显热解反应,供氢溶剂及氢键型溶剂作用不明显;先锋褐煤热溶物中含有丰富的脂肪结构和羧酸酯,羟基和芳香结构含量较低;热溶溶剂明显影响热溶物结构与组成。

焦炭的钝化处理及其机理

用浸泡的方法将H3BO3、Na2CO3、CaCl2、FeCl3等负载于焦炭中,并用SEM、EDS、XPS对浸泡硼酸后的焦炭结构和形貌进行了表征,对浸泡硼酸后的焦炭与二氧化碳的反应性、抵抗碱和铁的侵蚀能力、深层反应以及硼的钝化机理等进行了研究。结果表明:通过浸泡可以将不同浓度的矿物质负载于焦炭中,且B的最终存在形式是B2O3;碱和铁的存在可以加速焦炭的溶损反应,硼的存在可以抑制焦炭的溶损反应,并具有明显的抵抗或屏蔽碱、铁的侵蚀能力。

有机改性对粘土负载镍催化剂的促进作用及其萘加氢性能(英文)

以有机改性后的十六烷基三甲基溴化铵柱撑蒙脱石(CTAB-MMT)为载体,采用浸渍法制备了Ni/MMT催化剂.通过傅里叶红外光谱、X射线衍射、H2程序升温脱附、N2物理吸附以及紫外漫散射等物理化学手段对催化剂进行了表征;并结合微型高压反应釜萘加氢反应,评价了催化剂的加氢性能.结果表明,有机改性显著改善了Ni/MMT催化剂的金属Ni分散度和织构性质,且所制催化剂表现出优异的萘加氢性能,Ni萘转化率达到88.2%,不仅远高于未处理催化剂(13.1%)和Al2O3柱撑处理催化剂(24.2%),而且高于Ni/SBA-15催化剂(68.2%).鉴于CTAB有机柱撑体在催化剂还原过程因热解而消除,其对催化剂所起的作用主要发生于浸渍过程,提出了有机改性在浸渍过程对Ni/MMT催化剂的促进作用机制.

煤液化沥青烯的荧光光谱表征及缔合结构研究

通过分子荧光光谱和紫外可见吸收光谱表征、研究了煤液化沥青烯结构及缔合行为。结果发现:煤液化沥青烯属于萘环结构为主的芳香化合物混合体系,具有强的荧光效应;溶剂与沥青烯分子能够形成激态复合物,导致沥青烯荧光峰红移和荧光猝灭;沥青烯分子间存在非共价键缔合作用,高温液化沥青烯芳香度高,缔合作用强;沥青烯分子间缔合属于逐步缔合过程,不存在"临界缔合浓度",其表观荧光强度随浓度变化的临界浓度受激发波长影响。

硼酸复合制剂对焦炭反应性的影响及其作用机理研究

将硼酸复合制剂喷洒至炽热的焦炭中,研究其对焦炭反应性、对碱的屏蔽以及抗碱性的影响,并用EDS和XPS对喷洒后的焦炭的表面元素及其结合状态进行了分析。结果表明:硼酸复合制剂在炽热焦炭的表面发生分解,生成B2O3覆盖在焦炭气孔的表面,阻碍焦炭与CO2的接触;硼酸复合制剂既可以降低焦炭的反应性,又可以对焦炭内的碱起屏蔽作用,还可以抵抗碱的侵蚀,其影响程度随硼酸复合制剂浓度的增加而增加。

小龙潭褐煤加氢液化及其重质产物结构表征

研究了小龙潭(XLT)褐煤直接加氢液化性能,并利用元素分析、红外光谱和荧光光谱法对液化重质产物沥青烯(AS)和前沥青烯(PA)结构进行了分析表征。结果表明,XLT褐煤液化活性高,Fe S催化415℃时液化转化率最高达到89.6%,其液化过程主要是煤大分子结构热解并脱氧。所得AS和PA的芳环结构单元类似于原煤,氧主要以羟基和芳香酮羰基形式存在。PA具有"列岛"(archipelago)式大分子结构特征,芳香结构含量明显大于AS。THF溶液中,PA缔合作用显著强于AS,尤其在稀溶液中PA存在一定的分子内缔合。较高温度下所得PA和AS中芳香结构含量高,缔合作用强。

由不同镍盐前体制备高分散Ni/SBA-15催化剂:活化氛围的影响(英文)

以硝酸镍和乙酸镍为镍前体,用浸渍法分别在空气和氢气氛围活化制得系列Ni/SBA-15催化剂,通过XRD、H2-TPD、N2物理吸附和在线质谱等物理化学手段对催化剂进行了表征,并结合微型高压反应釜萘加氢反应,评价了催化剂的加氢性能。结果表明,氢气氛围活化对硝酸镍为镍前体所制Ni/SBA-15催化剂的镍分散度和活性有显著促进作用,而空气氛围活化对乙酸镍为镍前体所制催化剂有明显促进作用。根据催化剂前体在不同氛围活化时的热分解产物,提出了活化氛围对不同镍前体制得Ni/SBA-15催化剂所产生的作用机理。

黏土负载镍的纳米片高效芳烃加氢催化剂（英文）

以天然层状黏土蒙脱石(MMT)为前体,通过液相沉积-沉淀将镍物种引入水溶液中剥离为MMT纳米片表面的简易方法制得Ni/MMT纳米片。该Ni/MMT纳米片由于是二维(2D)结构,利于芳烃及其加氢产物的传质扩散,相比Ni/SBA-15和Ni/γ-Al2O3催化剂,具有更为高效的芳烃加氢性能,且在镍负载量高达18.5%时,其四氢萘加氢的转化频率(TOF)达到最高值。

Ag-Fe_2O_3-V_2O_5/TiO_2催化剂制备及其甲基吡啶催化氧化脱甲基性能

针对甲基吡啶氧化脱甲基反应,以TiO_2为载体经浸渍法制备Ag-Fe_2O_3-V_2O_5/TiO_2催化剂,结合结构表征和催化剂性能评价,考察制备条件对其催化甲基吡啶氧化脱甲基性能的影响。结果表明,通过Fe_2O_3改性可以提高Ag-V_2O_5/TiO_2催化剂对3-甲基吡啶氧化脱甲基化反应的催化性能,其作用主要是抑制V_2O_5团聚,促进V物种的分散。同时,锐钛矿相TiO_2载体表面B酸中心有利于催化3-甲基吡啶脱甲基,提高产物吡啶选择性。经实验优化,Ag-Fe_2O_3-V_2O_5/TiO_2催化剂适宜制备条件为:焙烧温度450℃、焙烧时间4 h、V_2O_5和Ag的负载质量分数分别为15%和1.5%、Fe与V物质的量比1∶2。在优化条件下,吡啶收率与选择性最高可达到62.97%和78.75%。