INFLUENCE OF HEAT TREATMENT ON OXIDATION PROPERTIES OF C/C COMPOSITES FABRICATED BY HIGH PRESSURE IMPREGNATION CARBONIZATION

Felt base carbon/carbon composites fabricated by super-high pressure impregnation carbonization process (SPIC) were heat treated at high temperature 2773K. The oxidation properties of felt base carbon/carbon composites were investigated at different temperatures (773-1173K), and the microstructures of carbon/carbon composites were studied by SEM and X-ray diffraction. The experimental results showed that the inter-laminar distance of (002) plane (d002) deceased while the microcrystalline stack height (Lc) increased. The oxidation rate of felt base carbon/carbon composites was invari-able at certain temperatures. The oxidation mechanism of carbon/carbon composites changed remarkably at the oxidation temperature 973K. At the initial oxidation stage of carbon/carbon composites, carbon matrix was oxidized much more rapidly than carbon felt.

Enhancing the crystalline degree of carbon nanotubes by acid treatment, air oxidization and heat treatment

Three approaches of treating carbon nanotubes (CNTs) including acid treatment, air oxidization and heat treatment at high temperature were studied to enhance the crystalline degree of carbon nanotubes. High temperature heat-treatment elevates the crystalline degree of carbon nanotubes. Acid treatment removes parts of amorphous carbonaceous matter through its oxidization effect. Air oxidization disperses carbon nanotubes and amorphous carbonaceous matter. The treatment of combining acid treatment with heat-treatment further elevates the crystalline degree of carbon nanotubes comparing with acid treatment or heat-treatment. The combination of the three treatments creates the thorough effects of enhancing the crystalline degree of carbon nanotubes.

高温热处理对活性炭纤维微孔及表面性能的影响

研究了1173K高温改性处理对沥青基活性炭纤维吸附性能、孔径分布、微孔结构和表面化学的影响。低温(77K)N2吸附结果表明热处理后活性炭纤维比表面积略有下降,通过密度函数理论解析活性炭纤维全孔范围的孔分布得出活性炭纤维表面孔径大于1.0nm的微孔明显减少,微孔孔径更加集中于0.5nm～1.0nm,从而提高了活性炭纤维的碘吸附值。X射线衍射分析表明活性炭纤维是乱层石墨结构,热处理使活性炭纤维类石墨微晶碳层面的层间距下降,X光电子能谱分析表明热处理后活性炭纤维表面的含氧官能团C=O和COOH的含量变化不大,而呈碱性酚羟基C OH含量的明显下降使活性炭纤维表面碱性降低。

活性炭孔结构和表面化学性质对吸附硝基苯的影响

通过对活性炭HNO3氧化及随后的N2气氛中热处理,研究了活性炭性质对其吸附硝基苯性能的影响.以低温液氮(N2/77K)吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布,以SEM观测活性炭表面形貌,以Boehm滴定、FTIR、零电荷点pHPZC测定及元素分析定量表征活性炭表面含氧官能团变化.结果表明,HNO3氧化可以显著改变活性炭表面化学性质,增加活性炭表面酸性含氧官能团数量,对活性炭孔隙结构影响不大.随后N2气氛中热处理可以造成活性炭表面酸性含氧官能团分解,外表面积增大,微孔烧蚀为中孔.硝基苯在活性炭上的吸附基本符合Langmuir方程.改性后活性炭对硝基苯的吸附容量明显改变,ACNO-T、ACraw、ACNO吸附容量分别为1 011.31、483.09、321.54 mg.g-1.较大的外表面积、适宜数量的中孔以及较少的酸性含氧官能团是ACNO-T对硝基苯表现出较高吸附容量的主要原因.

无氯Cu/AC催化剂的制备及其催化气相甲醇氧化羰基化反应性能

以Cu2(NO3)(OH)3/AC(活性碳)为催化剂前驱体,在惰性气氛中于不同温度热处理分别制得无氯的CuO/AC,Cu2O/AC和Cu0/AC催化剂,并用于甲醇直接气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应.结果表明,200°C处理制得的催化剂中,Cu物种以CuO为主.随着处理温度的升高,催化剂中CuO含量逐渐降低,而Cu2O含量增加;400°C制备的催化剂中,Cu物种仅以Cu2O形式存在;而450°C以上处理时则以Cu0形式存在.随着热处理温度的提高,相应催化剂活性逐渐增加,表明CuO,Cu2O和Cu0均具有催化活性,其活性大小的顺序为CuO<Cu2O<Cu0.在140°C,CO:MeOH:O2=4:10:1,SV=5600h-1条件下,450°C处理制备的Cu0/AC催化剂表现出较高的催化甲醇氧化羰基化活性,其中甲醇转化率达11.5%,DMC的时空收率和选择性分别为261.9mg/(g·h)和76.0%.

预氧化纤维阻燃产品的开发

利用德国SGLCARBONGROUP公司生产的320K预氧化纤维长丝,合理制定牵切、并条、粗纱、细纱工艺,纺制预氧化纤维的纱线,并织成了相应织物。测试了产品的力学性能、阻燃性能及保暖性能。结果表明:选择合适的工艺流程和工艺参数,可以在传统的环锭纺纱机上纺制预氧化纤维纱,其产品具有优异的阻燃性能。

炭分子筛的制备及表面结构

以大庆石油焦为原料,采用KOH活化法,考察了碱炭比、活化温度、活化时间对吸附性能的影响,确定最佳工艺条件,碱炭比4∶1、活化温度800℃、活化时间2h。并制得比表面积大于3000m2 g的超级活性炭。通过热处理得到孔径均一(中孔率>85%),比表面积大于1500m2 g的炭分子筛;再用表面氧化方法,得到表面酸度适宜(150℃～240℃之间为弱酸,240℃～340℃为中强酸,340℃～450℃为强酸分布)的催化剂载体。炭分子筛与传统氧化铝比较具有酸度分布广泛等特点,因较好的酸强度分布,可以增强载体与金属离子之间的作用力,增加负载量。因此,经氧化后的炭分子筛更适于作催化剂载体。

表面氧化处理对炭纤维及炭/炭复合材料力学性能的影响

采用硝酸表面氧化法，对炭纤维进行表面氧化处理，考察了不同的氧化处理时间、温度和浓度对炭纤维及其炭纤维增强复合材料力学性能的影响，提出适宜的表面氧化处理条件是低温（室温）、浓酸（５０％～６５％），短时间（１５ｍｉｎ～６０ｍｉｎ）。

石油焦系超级活性炭的孔结构控制(英文)

采用KOH活化法从大庆石油焦制得超级活性炭,而后对其进行微孔和中孔的调控。中孔调控采用热处理法,所得超级活性炭的中孔率在85%以上,比表面积大于1 500m2/g。同时对热处理后的超级活性炭进行表面硝酸氧化,引入部分含氧官能团。60m in酸处理效果明显,羧基的增加量是20m in酸处理的9倍。处理后的超级活性炭更适合作催化剂载体。微孔的控制采用化学气相炭沉积法(以苯为碳源),所得超级活性炭的微孔率从51%增加到87%。对CO2和CH4的分离能力从30mg/g提升到47mg/g,具有良好的筛分效果。

纳米碳纤维催化丙烷氧化脱氢性能的研究

研究了纳米碳纤维(CNF)新型碳材料催化丙烷氧化脱氢反应的催化性能。通过透射电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、N2吸附及空气气氛中的热重分析方法表征CNF的结构与纯度,考察纯化和氧化活化处理对其催化性能的影响。实验结果表明,化学气相沉积法合成的CNF含有较多金属杂质及表面缺陷位;通过高温热处理能有效去除CNF中的金属杂质,并提高其石墨化程度,催化剂的热稳定性大大提高;A r气氛中1 700℃高温热处理12h,再经过600℃空气氧化活化后得到的CNF为高效的丙烷氧化脱氢催化剂;采用该催化剂,在反应温度550℃、丙烷的转化率51.75%的条件下,丙烯的选择性达32.46%;对于该催化剂,提高反应温度和氧烷比可增加丙烯的收率。

石油焦基炭分子筛的制备及表面表征

以大庆石油焦为原料,采用物理化学联合活化法制备炭分子筛,考察了碱炭比、活化温度、活化时间对炭分子筛吸附性能的影响,确定了最佳工艺条件并制得比表面积近3 000 m2／g的炭分子筛。进而通过热处理、表面氧化方法,得到孔径均一(中孔达85％),表面酸度适宜(150-240℃之间为弱酸,240-340 ℃为中强酸,340-450℃为强酸分布)的催化剂载体。与传统氧化铝比较,多孔炭具有酸度分布广泛的特点。

沥青纤维的预氧化研究(Ⅰ)——纤维结构的变化

为了对国产各向同性石油沥青纤维的氧化性能进行分析,给今后深入系统地研究其氧化规律打下基础,本文用自制的氧化炉将软化点在220～243℃范围内的四种沥青纤维于空气中进行了预氧化处理,对原丝及预氧化丝进行了增重分析、元素分析、红外分析和在氯仿中的不溶性分析。结果表明:在选定的氧化条件下,沥青纤维的分子之间产生了交联结构,预氧化丝的耐热性和不溶解性都得到了明显的改善。这说明国产通用级石油沥青具有制造碳纤维所需的氧化性能。

热处理对高温气冷堆球形燃料元件酚醛树脂炭性能的影响

为研究炭化和高温纯化等热处理对高温气冷堆球形燃料元件酚醛树脂炭性能的影响,对比分析了炭化后及高温纯化后树脂炭的微观组织和物理性能。结果表明,与炭化后的树脂炭相比,经高温纯化后的树脂炭具有更高的石墨化有序程度,树脂炭内微孔的平均孔径增大,比表面积降低超过50%。在723、773、823和873K温度下,干燥空气中高温纯化后的树脂炭具有较低的氧化速率,表现出更佳的抗氧化腐蚀性能。高温纯化后树脂炭石墨化有序程度的提高有利于提高球形燃料元件的综合性能。

沥青纤维的预氧化研究（Ⅱ）──对氧化规律的探索

在沥青碳纤维的研究过程中，为选择易于工业化的预氧化工艺条件，用ＴＧ分析方法和改变氧化炉中升温程序的方法对３种不同软化点（２３３～２４３℃）各向同性石油沥青原丝的预氧化工艺条件进行了探索，确立了在较高温度下进行氧化处理以缩短预氧化时间的方法．（在静态的空气气氛中，氧化时间可缩短为４．７ｈ）．元素分析和氯仿不溶物测定证明，所得预氧丝达到了应有的氧化程度．从高软化点沥青分子结构的特点和前人红外测试结果分析，证明这一温度条件是合理的．

碳纤维毡体添加硼酸高温热处理对C/C复合材料氧化行为的影响

采用对碳纤维毡体添加硼酸高温热处理的方法提高C/C复合材料的整体抗氧化性,考察了添加硼酸高温热处理的C/C复合材料和未经处理的C/C复合材料的氧化行为。通过扫描电镜形貌观察、激光拉曼光谱分析、氧化动力学分析,结果表明:添加硼酸高温热处理后C/C复合材料抗氧化性提高,并探讨了其氧化能力提高的原因。

赛络纺纺制聚丙烯腈预氧化纤维纱

探讨利用赛络纺纱技术纺制聚丙烯腈预氧化纤维纱线的工艺配置与成纱性能情况。研究了喂入粗纱间距、捻系数与成纱性能的关系,测试分析了聚丙烯腈预氧化纤维涤纶长丝包芯纱的性能。试验表明,利用赛络纺纱技术加工聚丙烯腈预氧化纤维涤纶长丝包芯纱具有明显的优势,产品的综合性能优于传统环锭包芯纱。

毡体热处理对炭/炭复合材料氧化行为的影响

将炭纤维毡体进行两组不同温度的高温热处理,然后采用化学气相沉积工艺制备炭/炭复合材料,考察了两组材料在不同温度、时间下的氧化失重率,利用X射线衍射技术分析了炭纤维的石墨化度,采用扫描电子显微镜观察了氧化前、后炭/炭复合材料的形貌,探讨了两组材料的氧化反应过程及其氧化行为差异的原因。

聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程中环构化机理

分析对比了全同立构聚丙烯腈及聚丙烯腈原丝的红外光谱及二者的红外光谱在预氧化过程中的变化，首次从微观主体结构的层次上解释了环构化反应的机理，阐明了大分子构象反转是环构化反应的控制步骤，说明了聚丙烯腈原丝的环构化是一个慢速构象反转快速环化脱氢的过程。进一步说明了环构化反应带来的超分子结构上的变化，及其对最终碳纤维质量的影响．

热处理碳纸的氧化过程及其对钒离子的电催化

在空气气氛下对碳纸进行热处理,用扫描电镜、拉曼光谱、红外光谱、循环伏安、电池充放电实验研究了热处理碳纸的表面状态及其对钒离子的电催化活性。实验结果表明,适当温度下对碳纸的热处理,能改善碳纸上碳纤维的表面状态,增加其表面含氧活性官能团的含量。经过500℃处理后的碳纸表面的含氧官能团数量最多。碳纸电极上这些含氧官能团特别是-OH的含量的提高,能加快钒电对电荷传递反应的发生,从而改善对VO2+/VO2+和V(Ⅱ)/V(Ⅲ)电对的催化性能。碳纸经500℃处理后,其电池在10 mA/cm2的充放电条件下,电压效率可达83.6%,库仑效率能达到到77.9%。

热处理温度对Al复合低碳MgO-C材料组成和结构的影响

为了更清楚地观察镁碳材料中Al在200～1400℃埋炭热处理过程中的变化，以62％（W）的电熔镁砂颗粒（≤5mm）、32％（W）的电熔镁砂粉（≤0．088mm）、2％（W）的鳞片石墨和4％（彬）的A1粉制备了Al复合低碳MgO—C材料，并采用XRD和SEM研究了试样分别于200、400、600、800、900、1000、1100、1200、1300、1400℃保温3h热处理后的物相组成和显微结构。结果表明：1）200～800℃，材料的物相组成无变化，结合方式为碳结合。2）800～l200℃，粒状Al4C3在900℃开始生成，1200℃时与N2反应转化为粒状AlN。AlN在1000℃开始生成，到1200℃发育长大为针状晶体，材料的结合方式开始转变为非氧化物结合。3）1200～1400℃，A1N晶体发育长大，形成交叉连锁的网络，填充在方镁石骨架结构中，致使非氧化物结合更牢固。