煤气化渣制备碳硅介孔材料及甲基橙吸附性能研究

开发了一种煤气化渣低成本制备碳硅介孔材料的方法,探究了影响孔结构的因素和在甲基橙中的吸附性能。采用酸浸法制备碳硅介孔材料,通过材料的孔隙结构和金属氧化物浸出率对制备工艺进行优化。结果表明,温度和时间影响较小,原料粒径和酸浓度影响较大。粒径较小的原料酸浸之后比表面积更大,酸浓度对于碳硅介孔材料的影响比较明显,最佳的酸浓度为16%(质量分数),金属氧化物浸出率和残余碳含量综合影响着比表面积和孔容的大小。煤气化渣基碳硅介孔材料的吸附过程与伪二阶吸附模型最为接近,吸附平衡符合Langmuir模型,对甲基橙最大的吸附量为89.13 mg/g。

富碳气化渣表面性质及浮选研究

气化渣是煤化工行业主要固体废弃物,借助选矿手段可以有效将气化渣中的未燃碳与硅酸盐相分离,增加其工业利用价值。分析了气化渣重选精矿(富碳气化渣)的比表面积、红外光谱仪和X射线光电子能谱,研究了气化渣的可浮性行为。试验结果表明,富碳气化渣比表面积为286.32m^(2)/g,平均孔径为3.30nm,其表面含有大量含氧官能团,碳原子与氧原子含量别为52.32%和42.42%,表面亲水性较高。采用月桂酸甲酯和煤油复配捕收剂+十二烷基苯磺酸钠+二步浮选法浮选效果最好,精矿灰分为27.47%,精矿产率为8.23%。

煤焦气化过程中比表面积和孔容积变化规律及其影响因素研究

煤焦的孔隙结构是影响气化反应的重要因素之一。本文通过测定部分气化焦样的比表面积及其孔隙结构 ,详细地研究了烟煤焦的孔隙结构在气化过程中的变化规律及其影响因素。结果表明 :煤焦的孔隙结构在气化过程中的变化不但取决于原煤的性质 ,而且还取决于气化介质与气化温度 ;在相同条件下气化至相同气化率时总比表面积和孔体积大小顺序为彬县 >神木 >王封煤焦 ;总比表面积与微孔比表面积均随温度的升高而降低 ;在反应的前期CO2 与H2 O两种气氛下产生的总比表面积与微孔比表面积相当 ,但在反应后期CO2 气氛下能够产生更多的总比表面积与微孔比表面积。

热解半焦孔隙特性研究

利用氮气吸附方法测量了兖州烟煤和该烟煤在常压流化床氮气气氛下生成的热解半焦比表面积、总孔体积、孔径等参数。研究发现:原煤转化为半焦的过程中孔隙结构变得发达,比表面积、总孔体积明显增大,孔径明显减小;随着温度的升高,半焦的比表面积、孔隙率明显增大,平均孔径明显减小。

煤快速热解焦的微观结构对其气化活性的影响

在滴管炉内对中国三种不同煤阶的典型煤种在800～1 400℃进行快速热解实验,利用XRD和氮气气体吸附法对所得煤焦进行微晶结构和孔隙特征分析,在热重分析仪上进行CO2气化反应活性的测定,研究不同热解温度煤焦结构特性与气化活性之间的关系。结果表明,随着热解温度的升高,内蒙古褐煤焦和神府烟煤焦的比表面积在1 200℃达到极大值,但气化活性却相对较低;遵义无烟煤焦在800～1 200℃气化活性逐渐提高,但比表面积在900℃达到极大值,表明煤焦比表面积与气化活性不存在严格关联。煤焦碳微晶结构变化所反映出煤焦石墨化进程与煤焦气化活性随热解温度的变化具有一致的变化趋势,表明快速热解煤焦的碳微晶结构变化对煤焦气化活性的影响更大。

快速热处理石油焦与煤的微观结构变化及气化活性分析

为了研究在接近工业气化条件下石油焦和煤的结构和气化活性变化规律的差异,在滴管炉装置内,800～1 400℃对两种石油焦和一种烟煤进行快速热处理。用比表面积孔隙分析仪、XRD分析仪考察快速热处理对石油焦和煤的孔隙结构、碳微晶结构的影响,用热重分析仪考察不同温度快速热处理后石油焦和煤的CO2气化活性。结果表明,石油焦与煤相比,孔隙结构主要由微孔组成,随快速热处理温度的升高,石油焦和煤微孔比表面积和孔容均先增大后逐渐减小;快速热处理降低了石油焦和煤的石墨化程度,石油焦碳微晶结构变化主要表现在堆垛高度的变化,而煤的碳微晶结构变化在衍射峰对应的2θ002值、晶面间距和堆垛高度上均有体现;石油焦和煤的气化活性随快速热处理温度升高的变化趋势不同,但均与碳微晶结构参数(石墨化程度)的变化紧密相关。

气体吸附法表征多孔材料的比表面积及孔结构

气体吸附法是测量多孔材料比表面积和孔结构的常用方法。本文介绍了气体吸附法的原理及实验过程,研究了氮气和氩气对同一材料比表面积测定结果的影响,结果表明当样品的比表面积大于1m2/g时,结果较一致;但当比表面积小于1m2/g时,采用氩气所得结果较为可靠。另外,分别用氩气和氮气对不同孔径的多孔材料进行了测定,结果表明气体吸附法测量孔径的适用范围为纳米级;通过和压汞法进行比较,发现在测大孔样品时,虽然孔径无法测定,但比表面积值是可信的。最后利用吸附脱附等温线对四种典型样品的孔结构进行了分析。

矿物质对煤焦表面性质和煤焦-CO_2气化反应的影响

制备了高灰分含量的年轻烟煤——义马煤和西曲焦煤洗中煤(西曲煤)脱灰前后的焦样。用常温CO_2吸附法测定了它们的初始和不同热解转化率下的比表面积。实验发现,矿物质对煤在成焦过程中的孔扩展和表面生成有促进作用,原煤焦和脱灰煤焦比表面积随转化率的变化规律不同。这些焦样在加压下的CO_2气化动力学研究表明,矿物质具有一定的催化作用。灰分单独添加的实验结果表明,所有灰组成对脱灰西曲煤在热解中的孔扩展都有促进作用,其中CaCO_3和α-Fe_2O_3还对煤焦气化有催化作用,而SiO_2、Al_2O_3等矿物组分会与K_2CO_3反应生成不具催化作用的非水溶六方钾霞石等化合物。

显微组分焦样的CO_2气化动力学和表面变化

用非等温热重法考察了平朔气煤的稳定组、镜质组和丝质组三种显微岩相组分焦样与CO_2的气化反应性。用CO_2吸附法测定了这些焦样在不同转化率下的比表面积,并用SEM观察了它们在特定转化率下的形貌特征。结果表明,在气化过程中这些焦样的比表面积的变化规律不同,镜质组焦样的变化适合Bhatia方程,丝质组和稳定组焦样的变化适合该方程的修正式;与这种变化关联的具有不同参数值的统一的CO_2气化动力学数学模型为dX/dt=A_oexp(-E/(RT))(1-x)~n[1-ψln(1-X)

煤炭地下气化过程中半焦孔隙结构的变化规律

在煤炭地下气化过程中,热解反应生成的半焦孔隙结构性质是影响气化过程的重要因素.对大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤及其热解半焦的比表面积、孔容积和孔径进行了测定,总结出了不同煤种、不同热解温度和不同热解气氛下半焦孔隙结构变化的规律.结果表明,半焦的表面结构特性受热解温度和热解气氛双方面的影响,改变热解终温或气氛,孔径分布特征变化幅度不大.

石灰石煅烧/碳酸化过程中微观结构的演变特性

对石灰石煅烧/碳酸化过程中微观结构的演变特性进行了研究.结果表明:石灰石不同煅烧/碳酸化阶段产物的氮吸附/脱附等温线为Ⅳ型,并在煅烧过程和碳酸化初期存在H1型吸附滞后环;石灰石煅烧产物的比表面积和比孔容随煅烧时间的增加呈线性增加,而碳酸化产物的比表面积和比孔容随碳酸化时间的增加呈指数规律迅速衰减;石灰石完全分解产物的孔容分布曲线呈双峰结构,随着煅烧反应的进行,双峰峰值不断增大,而碳酸化反应导致峰值减小;微孔、中孔和大孔对孔容积和孔面积的增加贡献不同,微孔只对孔面积的增加有一定的贡献,而中孔和大孔对孔容积和孔面积的增加皆有较大的贡献;随着比表面积和比孔容的增大,石灰石煅烧转化率呈线性增大趋势,而CaO的碳酸化转化率呈指数衰减.

焦炭颗粒气化表面积变化结构因子的研究

孔结构及其变化对焦炭颗粒的气化行为有重要的影响,如颗粒的比表面积变化与反应速率有相同的变化趋势.推导得出了一个新的反映焦炭颗粒气化过程中表面积变化的结构因子表达式,该结构因子显示表面积的变化趋势与初始孔隙率有重要的关系.随着初始孔隙率的不同,比表面积或是随转化率减小,或是出现最大值.这一特征与随机孔模型很相象.与随机孔模型作了对比研究,发现所提出的该表达式模型除了形式简单外,还具有物理意义明确、精度好的特点.

超高比表面积活性炭结构与天然气脱附量的关系

以石油焦为原料、KOH为活化剂,在不同的活化条件下制得系列超高比表面积活性炭(SBET>2500m2.g-1)样品。将实验制得的不同比表面积和孔分布的超高比表面积活性炭作为天然气吸附剂,测定了不同孔径范围孔所占的表面积与天然气脱附量的关系,讨论了孔分布对天然气脱附量的影响;用数学方法求得了活性炭吸附剂孔表面上单位表面积天然气的脱附量,并利用线性回归求出了天然气脱附量(V)与中孔表面积的关系。经相关性分析表明,天然气的脱附量与活性炭吸附剂中孔所具有的比表面积(Smid)具有显著的相关性,说明在活性炭吸附剂上天然气脱附量主要取决于中孔表面对天然气分子的吸附;求得中孔表面上单位表面积天然气脱附量达0.350mL.m-2,是微孔单位表面积上天然气脱附量的2倍以上;在各吸附温度、吸附压力下,天然气脱附量随活性炭吸附剂中孔表面积呈线性增加,满足线性方程:V=k.Smid+b。

一种泥页岩脆裂性质表征方法及其地质意义

提出了一种泥页岩脆裂性质的表征方法——脆裂指数法,介绍了脆裂指数的测定流程和步骤。这种方法操作简便、对样品的大小、外形无特殊要求,对于泥页岩样品测试具有普遍意义。实验数据表明,泥页岩脆裂指数与孔隙度、比表面积大小呈正相关关系。从测定流程、方法、实验数据以及文献分析来看,泥页岩脆裂指数具有表征孔隙发育程度及其内部结构,尤其是微孔隙、微裂隙的潜在应用价值。初步探讨了脆裂指数在表征泥页岩内部结构性质以及气体解吸行为研究等方面的应用前景。

超高比面积活性炭上天然气脱附性能研究

制备了孔分布相同比表面积不同、比表面积相同孔分布不同的系列超高比表面积(S>2500m2/g)活性炭,以天然气为吸附质研究了活性炭吸附剂比表面积及孔分布对天然气脱附性能的影响。结果表明:天然气脱附量随活性炭的比表面积及中孔百分率的增加而增加;在25℃、3.5MPa下,脱附量(V)与超高比表面积活性炭的比表面积(S)满足关系式:V=0.197S-78.0;脱附量与超高比表面积活性炭中孔百分率(X)满足关系式:V=2.18X+3.24×102;活性炭的比表面积越大,脱附量受吸附压力及温度的影响越大;活性炭中孔百分率越大,脱附量受吸附压力的影响越大,而吸附温度对具有不同孔分布的活性炭脱附量的影响则具有一致性。

纳米氢氧化钙颗粒制备、表征及NO_x捕获性能研究

采用表面活性剂结构诱导均相沉淀法,通过控制Ca(OH)2晶体的生长,制备出颗粒均匀、单分散纳米Ca(OH)2粉体。采用SEM、XRD、BET、FT-IR等方法对样品进行了表征。对纳米Ca(OH)2粉体吸附捕获NOx气体性能进行了测试评价。当反应时间2h,添加质量分数10%PEG600、添加浓度0.086mol/L的SDS时,产物比表面积分别达28m2/g、55m2/g。颗粒粒径分别为:500nm～1μm、200nm～300nm;所制备Ca(OH)2在达到吸附饱和之前,对NOx具有良好的吸附去除能力。制备的Ca(OH)2粉体可用于液体推进剂泄漏处理。

不同性质煤的微观特性及渗透特性对比试验研究

对从典型矿井取得的不同性质煤,分别进行微观特性和瓦斯渗透特性试验。结果表明:突出煤的比表面积和吸附/解吸能力明显高于延期突出煤和非突出煤,延期突出煤介于二者之间。突出煤吸附能力强,解吸速度相对也较快,可能形成较高的气体压力,对煤岩的破坏性增强。非突出煤的渗透率明显高于突出煤和延期突出煤的渗透率,相差最大处超过4倍以上,煤的渗透特性好,瓦斯就较易在煤层中运移,煤层的储气条件差,瓦斯更容易从煤层中脱离出来,反之则会增加突出危险性。说明渗透特性是考察煤层是否具有突出危险性的一个重要指标。总之,煤的渗透特性和微观特性是密切相关的,吸附/解吸特性能力强,煤的渗透特性相对较差,强度较低,较易发生破坏,突出危险性较大。

糯米粉的水分等温解吸及孔特性

糯米粉的等温解吸特性一方面对分析其与周围环境之间的水分传递十分必要,另一方面,还可用于计算糯米粉内孔的特性,借此加深对水分吸附机理的了解。本实验采用静态称质量法在10、20、30℃条件下测定糯米粉在10个水分活度解吸后的平衡水分含量,然后采用4个等温吸附模型对实验结果进行拟合,并分析糯米粉的孔特性。研究结果表明:糯米粉中水分的解吸属于典型的Ⅱ型吸附;Lewicki模型最能描述同一温度条件下的等温解吸过程,而GDW模型能够同时描述温度和水分活度对平衡水分含量的影响。糯米粉中同时存在微孔和介孔;孔径分布为单态分布,仅在微孔区域出现一单峰,温度变化仅对该峰的峰值产生影响;微孔体积随温度降低而增大;糯米粉的吸附面具有分形特性,随温度降低吸附表面的多孔性增强,单位吸附面积增大,最终导致吸附能力增强。

磁改性海泡石对水源水中腐殖酸的吸附性能

为去除水源水中的腐殖酸(HA),自制磁改性海泡石(MSEP)并对其物化性能表征,研究MSEP对水源水中腐殖酸的吸附、脱附行为。结果表明,MSEP比表面积为25.354 m^2/g,比饱和磁化强度为32.36 A·m^2/kg。MSEP对HA的吸附等温线可用Langmuir方程拟合,吸附动力学符合准二级动力学方程。

适用于本科教学的BET比表面测定实验

采用自组装的流动吸附仪建立了基于BET吸附原理的快速测定固体比表面积的实验方法(单点法),对同一活性炭样品,在多功能气体吸附系统上进行对照实验(多点法)。实验结果表明,采用流动吸附仪测定比表面积方便易行,数据稳定可靠,实验教学效果良好。本文介绍这一特色实验,期望对从事物理化学实验教学的同行有所助益。