膨胀石墨基炭/炭复合材料的制备及其苯酚吸附性能

以蔗糖为炭源,磷酸为活化剂制备出了膨胀石墨基炭/炭复合材料(EGCs)。采用SEM和氮气吸附法对材料进行了表征。结果表明,复合材料保留了膨胀石墨的网络状孔隙结构,活性炭主要涂覆在膨胀石墨蠕虫二级孔的孔壁上,涂覆厚度在87nm左右。研究了磷酸/蔗糖比(Xp)、活化温度、活化时间对复合材料孔结构和比表面积的影响。在Xp=0.9、活化温度为350℃和活化时间为120min时所得的复合材料比表面积最高,达到1948m2/g,其对苯酚的吸附量为173.1mg/g,较同工艺制备的活性炭颗粒提高了24.8%。

膨胀石墨基炭/炭复合材料对苯酚的吸附动力学

以蔗糖为炭源、磷酸为活化剂制备了膨胀石墨基炭/炭复合材料,通过控制蔗糖溶液的浓度来调控活性炭膜的厚度,用SEM观察其微观形貌,并分析了复合材料的炭膜厚度对苯酚吸附动力学的影响。结果表明:该复合材料对苯酚的吸附动力学性能与准二级速率方程有较好的相关性,初始的吸附速率随着活性炭膜厚度的减小而提高;复合材料对苯酚的吸附过程中,颗粒内扩散机制占主要控制地位。

炭黑-石墨烯杂化材料增强天然橡胶复合材料的性能研究

利用炭黑颗粒掺杂石墨烯得到炭黑-石墨烯纳米杂化粒子,经乳液复合制备炭黑-石墨烯/天然橡胶母胶,然后通过密炼制得炭黑-石墨烯/天然橡胶纳米复合材料,研究掺杂体系内炭黑用量对炭黑-石墨烯/天然橡胶复合材料的微观形貌、力学性能、压缩生热性能和耐磨性能的影响。结果表明:炭黑颗粒吸附在石墨烯表面,有效抑制了石墨烯的堆叠,从而减少了大片径多层石墨烯的形成,且随着炭黑用量的增大,石墨烯的裸露区域逐渐减少;当掺杂体系中炭黑/石墨烯用量比为10/1时,石墨烯在橡胶中的分散状态得到明显提升,复合材料的宏观力学性能、压缩生热性能和耐磨性能均明显改善。

有机物浸渍/涂敷-固化-碳化法制备膨胀石墨基低密度炭/炭复合材料

在膨胀石墨基炭／炭复合材料研究领域,国内外研究者采用的制备工艺大多为有机物浸渍-固化-碳化法。本文介绍了采用此制备工艺的两种膨胀石墨基低密度炭／炭复合材料的一些研究工作:一种材料为以膨胀石墨基炭／炭低密度复合材料活化后制取块状成型活性炭;另一种为利用膨胀石墨基炭／炭低密度复合材料作为绝热材料。

改性膨胀石墨基炭／炭复合材料对甲醛气体的吸附性能

对膨胀石墨基炭/炭复合材料(EGCs)进行真空浸渍改性,研究了改性剂种类(双氧水、硝酸、氨基酸、氯化铵、CTAB),改性剂浓度、改性温度、改性时间对EGCs甲醛吸附性能的影响。结果表明:经CTAB溶液改性后,EGCs对甲醛气体的吸附性能得到提高,而经双氧水、硝酸、氨基酸、氯化铵等溶液改性的EGCs对甲醛气体的吸附能力反而下降;当CTAB浓度为0.01mol·L-1、改性温度为70℃、改性时间为60min时,改性后EGCs对甲醛的吸附效果最好,最大吸附量可达1 042mg·g-1。

菌渣基生物炭、磷矿粉、壳聚糖复配比筛选及复合材料对Cd2+的吸附特征

试验以菌渣基生物炭为主要原料,采用超声波振荡复配磷矿粉和壳聚糖,通过批量水吸附试验筛选出复合材料最佳质量比;并在此基础上,从材料添加量、溶液pH、吸附时间和Cd溶液初始质量浓度方面探究菌渣基生物炭和复合材料对Cd^(2+)吸附的影响。结果表明,菌渣基生物炭、磷矿粉和壳聚糖最佳质量比为7∶1∶2;不同Cd溶液质量浓度下,复合材料对Cd^(2+)的吸附率均高于菌渣基生物炭,随着Cd溶液初始质量浓度的增加,二者的吸附率差距逐渐增加;在pH值为7、100 mg/L Cd溶液中添加0.6 g复合材料与菌渣基生物炭时,二者对Cd^(2+)的吸附率相差最大;复合材料经过5次解析后吸附率均在65%左右;加入外源离子会抑制菌渣基生物炭和复合材料对Cd^(2+)的去除率,但对复合材料的抑制效果弱于菌渣基生物炭;当Cd溶液质量浓度为100 mg/L时,菌渣基生物炭和复合材料添加量为0.6 g,振荡240 min后吸附量分别达到3.859、6.310 mg/g;复合材料对Cd^(2+)的吸附过程与拟二级动力学和Langmuir模型拟合程度较高,以单层表面的化学吸附为主;升温能有效地提高复合材料和菌渣基生物炭对Cd^(2+)的吸附量。

膨胀石墨-活性炭负载CeO_2/TiO_2复合材料的制备及其处理苯酚的性能

采用沉淀工艺制了CT(CeO_2/TiO_2)催化剂粉,以膨胀石墨基炭/炭复合材料(EGC)为基体,将CT粉以碳膜包覆的形式引入EGC表面,制得了EGC负载CT催化剂粉的CT/EGC复合材料,研究了其对苯酚的处理性能。结果表明:铈钛物质的量比为0.002的CT催化剂粉处理苯酚的效果最好;CT/EGC处理苯酚溶液时,CT粉的光催化能力与EGC的吸附作用存在协同效应,提高了复合材料对苯酚的处理效果。

木质基N,P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭制备及电容去离子性能研究

以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH_(4)H_(2)PO_(4))为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO_(2)活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分别对N,P-GCF的表面形态、晶体结构、化学性质、亲水性能进行分析,通过改变NH_(4)H_(2)PO_(4)的添加量探究其对泡沫炭孔结构、电化学性能及电容去离子性能(CDI)的影响。结果表明:经GOs改性与NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂后,孔泡尺寸下降,无序性提高。N,P-GCF具有分级孔结构。当NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂量为2 g时,具有最高的比表面积(2684.11 m^(2)·g^(-1))、总孔容(1.42 cm^(3)·g^(-1))和介孔率(49.45%),N、P质量分数分别为2.48%和3.46%。N元素主要以N-5、N-6、N-X形式存在,P元素主要为P-C、P-N。相比于CF,N,P-GCF2.0具有优异的润湿性及力学性能。在1 mol·L^(-1)NaCl电解液的三电极体系中,1 A·g^(-1)的电流密度时N,P-GCF2.0的比电容为256.48 F·g^(-1),当电流密度增加至15 A·g^(-1)时,比电容保持率达72.51%。在500 mg·L^(-1)的初始NaCl溶液、1.2 V的工作电压下,N,P-GCF2.0具有最佳脱盐能力(29.97 mg·g^(-1))及盐吸附速率(1.84 mg·g^(-1)·min^(-1)),10次循环后脱盐能力保留率为90.12%,具有较好的循环稳定性。

新型导电水泥基复合材料导电性能研究

采用炭黑作为主要导电掺料,加入少量碳纳米管和钢纤维构建高效导电网络以提高导电性能,研究其在不同环境中的稳定性以及微观形态下复相导电掺料的协同作用。结果表明:掺5%炭黑、0.3%碳纳米管、0.6%体积掺量钢纤维的导电水泥基复合材料C5P3F6固化28 d电阻率为304Ω·cm,比传统水泥基复合材料降低94.5%;掺5%炭黑、0.9%碳纳米管、0.6%体积掺量钢纤维的导电水泥基复合材料C5P9F6受水泥水化、干燥环境和温度的影响较小,表现出较为优异的稳定性。微观形态下能观察到导电掺料分散性较好,碳纳米管、钢纤维有效地与分散的炭黑协同作用桥接成为导电网络。

中国有色金属学会 炭材料及碳基复合材料高级研修班在湖南长沙举办

2022年12月16日—18日,由中国有色金属学会和中南大学联合主办,粉末冶金国家工程研究中心承办的“炭材料及碳基复合材料高级研修班”在湖南长沙举办。中国有色金属学会副理事长兼秘书长高焕芝、中南大学粉末冶金研究院院长刘咏、高温结构材料研究所所长刘彬、湖南大学教授刘洪波等授课专家出席开班仪式。

多层石墨烯/炭黑/氯化异丁基异戊二烯橡胶纳米复合材料

炭黑(CB)主要用作填料以改善橡胶胶料的性能。炭黑是通过重质石油产品或天然气的不完全燃烧或热裂解产生的。微细的炭黑粒子总是会形成聚集体和附聚体。为了获得弹性体复合材料所需的力学性能,通常需要使用高填充量(>30份)。

炭/炭复合材料热膨胀性能的研究

利用热膨胀仪测定了炭/炭复合材料从室温到1300℃的热膨胀系数,研究了热处理温度、炭纤维取向和环境温度对炭/炭复合材料热膨胀性能的影响。结果表明由于热解炭是以层状的方式围绕炭纤维生长,所以其热膨胀各向异性,垂直于纤维方向的热膨胀大于平行于纤维方向的热膨胀。随着热处理温度的升高,炭/炭复合材料中具有乱层石墨结构的晶体有序度增加,石墨化度增大,石墨片层间的范德华作用力增强,热膨胀系数减小。随着环境温度的升高热膨胀系数先增大后减小,在1200℃有最大值。

炭/炭复合材料石墨化度的XRD均峰位法测定

采用XRD平均峰位法测定了 4种C/C复合材料的石墨化度。研究结果表明 :用平均峰位法测定C/C复合材料的石墨化度具有简便可靠、区分度高的优点。当C/C复合材料中炭纤维的含量低于基体炭含量时 ,难石墨化的炭纤维对C/C复合材料XRD谱线低角度一侧的线形有一定影响 ,但对最终的测量结果影响不大。

炭/炭复合材料石墨化度的研究进展

从炭 /炭复合材料石墨化度的测量和表征、石墨化度的影响因素以及石墨化度对复合材料性能的影响 3个方面 ,对炭 /炭复合材料石墨化度的研究现状进行了叙述和评价。指出炭 /炭复合材料石墨化度的测量和表征迄今尚无公认、统一的标准 ;认为有必要系统地跟踪、分析、研究炭 /炭复合材料中各组元及其界面在石墨化过程中的变化 ,以及由此带来的对材料宏观性能的影响。

炭/炭复合材料石墨化度的表征(Ⅰ)

叙述了用Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）表征炭－石墨化度的来源，以及炭－石墨材料与炭／炭复合材料的不同点。在一定的实验基础和理论分析上，提出目前ＸＲＤ测试的Ｇ参数表征Ｃ／Ｃ复合材料的石墨化度时不完善，它只反映了Ｃ／Ｃ组分中石墨化度高的组分的石墨化性能。同时提出了两种Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度表征的新方法，一是考虑衍射强度的Ｇ参数的修正公式；另一是利用激光拉曼光谱来表征。

人工神经网络建模在抗烧蚀炭/炭复合材料基体改性研究中的应用

基体改性是防止炭 炭复合材料氧化的主要手段。通过将人工神经网络引入炭 炭复合材料的基体改性研究,借助Levenberg Marquardt算法对不同添加剂组成改性试样所具有的氧化烧蚀率学习,建立了炭 炭复合材料改性添加剂组成—氧化烧蚀率的BP网络模型。研究结果表明:所建模型可以较好地反映添加剂含量与试样氧化烧蚀率间的内在规律,网络模型的输出值和实验验证值间的误差<0.5%,将模型筛选出的最优配方用于基体改性,试样的氧化烧蚀率下降了49.5%,说明将人工神经网络用于炭 炭复合材料基体改性是可行和有效的。

沥青基炭/炭复合材料的弯曲断裂特征

以 1KPAN基高强度炭纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体 ,采用压力浸渍 炭化工艺制备出了不同密度二维沥青基炭 炭复合材料。经过对复合材料试样进行的弯曲试验表明 ,其弯曲断裂特征与材料密度具有密切的联系。根据弯曲强度 -位移曲线 ,高密度复合材料表现为脆性断裂 ,而低密度复合材料表现为韧性断裂。从弯曲断面的SEM图片来看 ,脆性断裂时的断面比较平整 ,韧性断裂时断面上有大量炭纤维拔出。炭 炭复合材料的断裂破坏过程实质上就是基体裂纹在材料内的扩展过程 ,其扩展的途径与界面结合状况有关。裂纹沿界面的扩展将引起基体与纤维的脱粘 ,脱粘又导致纤维与基体之间的相对滑动 ,这种相对滑动将吸收相当一部分能量 ,从而可以延缓材料的断裂过程 。

炭布叠层/热解炭复合材料导热系数与石墨化度的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD,分析了一种炭布叠层/粗糙层结构热解炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系,建立了二者之间的定量数学模型,并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明,复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的2倍,但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高,两个方向导热系数与石墨化度之间关系可分别表示为:λ=31.22+8.62exp(g/27.10)及λ=6.08+8.92exp(g/33.99)。

石墨化度对炭/炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能的影响

将炭布叠层的炭纤维预制件通过化学气相沉积增密后分别在 2 0 0 0、2 15 0、2 30 0℃进行高温热处理得到 3种不同石墨化度的炭 炭复合材料 ,采用MM -10 0 0摩擦试验机对这 3种炭 炭复合材料进行不同速度下的摩擦磨损性能试验 ,并对磨损表面及磨屑进行SEM观察 ,结果表明 :低速时材料的摩擦系数均很小 ;刹车速度为 10m s时 ,石墨化度对材料的摩擦系数影响显著 ,石墨化度越高 ,材料的摩擦系数越大 ,石墨化度低的样件A摩擦表面形成薄且光滑的磨屑层 ,而石墨化度高的样件C摩擦表面形成厚的、粗糙的磨屑层 ;刹车速度大于 2 0m s时 ,石墨化度对材料摩擦系数的影响变小 ,3种材料摩擦表面均形成较为平滑的磨屑层。石墨化度的高低显著影响材料高速时的磨损 ,石墨化度升高到一定值时能显著降低材料高速时的磨损 ,继续升高石墨化度 ,磨损变化不大 ,高速时石墨化度低的样件A氧化严重。综合考虑摩擦磨损性能 ,该粗糙层结构的炭 炭复合材料石墨化度控制在 45 %为宜。

浸银炭石墨复合材料的密封摩擦特性

采用超细石油焦粉为主要成分 ,添加复合氧化物陶瓷粉末 ,制备一种高强、耐磨的炭石墨基体 ;选择适当的热处理工艺控制石墨化程度 ;采用热等静压浸银新方法达到密实增补强度。M2 0 9G浸银炭石墨复合材料具有碳的高硬度 ,石墨的自润滑 ,陶瓷相的耐磨 ,银的导热与塑性等综合优点 ,体现了刚度和塑性的完美结合。利用X 衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等分析了材料的显微组织结构和磨损表面形貌 ,并探讨了其磨损机理与密封摩擦特性。结果表明 :M2 0 9G浸银炭石墨配气阀座在密封摩擦表面上形成了一层具有抗磨性质的润滑膜 ,使摩擦处于边界润滑状态 ,金属银在高温、高压、高速下产生熔化析出和塑性流动形成了大面积连接 ,不仅降低了摩擦 ,而且有利于密封。