锂硫电池载硫材料碳纳米管修饰V_(2)O_(5)纳米球的制备及其性能研究

锂硫电池因具有优异的理论容量、能量密度和可持续发展特性而受到越来越广泛的关注。决定锂硫电池性能的最主要因素之一是其正极材料。本文分别通过自组装法和模板法,制备了两种V_(2)O_(5)纳米球,并在制备过程中添加了碳纳米管。以所得到的材料作为正极改性材料,组装了扣式锂硫电池。通过对所制备材料的结构以及电化学性能研究,并与商用V_(2)O_(5)进行对比,发现V_(2)O_(5)纳米球具有良好电化学性能,其电池性能显著优于商用V_(2)O_(5)。这可归因于所合成的V_(2)O_(5)纳米球一方面具有较高的比表面积,有利于活性物种硫的负载,另一方面表面连接有碳纳米管,有利于提高电子传输性能。基于自组装法(1号样品)和模板法(2号样品)所得V_(2)O_(5)纳米球的锂硫电池,在0.1C的倍率下首次充放电比容量分别可达到1049mAh/g和1035mAh/g;经过200次循环后,其放电比容量分别为702 mAh/g和767mA/g。

脱汞载硫活性炭的制备及表征

本文以太西煤基活性炭为载体,研究了载硫活性炭的制备工艺,并探讨了四氯化碳吸附值、S/C和浸渍时间对载硫量的影响,同时采用BET表征对制备的载硫体的结构进行了表征。结果表明:当四氯化碳吸附值为60%,S/C为14%,浸渍时间为24h时,所制备的载硫活性炭载硫量最高为10.89%,且溶剂回收率高达90%。

微波辐照再生载硫活性炭的机理及其动力学

在微波再生试验台上进行化学吸附SO2后活性炭的再生实验,通过再生产物的分析揭示再生机理并进行动力学分析。结果表明:微波场中活性炭升温速率快,而且终温较为稳定;载硫活性炭微波再生出口气体成分有SO2,CO2,CO等气体,再生反应的本质是H2SO4与C的反应;再生气体中SO2峰值出现之前,主要发生再生反应,峰值之后,再生气体中部分CO2和CO来源于吸附过程中形成的活性炭表面含氧官能团的分解。再生反应的主区域内反应级数为1.55级,与微波功率无关;随着微波功率的增加,反应速率常数逐渐增加。由Arrhenius方程得出再生反应的表观活化能Ea为46.0 kJ/mol,指前因子为7.357 s-1。

除汞载硫活性炭研发

采用特殊方法研发了载硫量为 1 0 %～ 1 3 %的载硫活性炭 ,由活性炭孔隙结构解析表明 ,其大部分硫被覆于活性炭过渡孔中 ,使汞蒸气更容易、更有效地与硫反应生成硫化汞 ,沉积于活性炭孔隙中 ,它适用于常规方法除汞困难的场合除去气体流中含汞蒸气 。

Fe_(2)O_(3)/rGO复合载硫体的构建及硫复合正极电化学性能

正极材料的穿梭效应和导电性能是限制锂硫电池发展与应用的重要因素。针对以上问题,采用水热法制备了Fe_(2)O_(3)/rGO载硫体,并与rGO和Fe_(2)O_(3)@rGO载硫体进行对比。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、比表面积分析仪以及电化学性能测试等分析测试手段对材料的物相组成、微观结构以及电化学性能进行分析表征。结果表明:采用原位法制备的Fe_(2)O_(3)/rGO复合材料中Fe_(2)O_(3)颗粒尺寸明显比机械混合法制备的Fe_(2)O_(3)@rGO中的Fe_(2)O_(3)颗粒尺寸小,其中纳米Fe_(2)O_(3)的生成阻碍了rGO片层的聚集,增大了层间距,获得了更大的孔径(8 nm)、孔容积和比表面积。制备的正极材料Fe_(2)O_(3)/rGO/S具有更好的循环稳定性,在0.2C电流密度下,经过100次循环后,仍保留782 mA∙h/g的容量。电化学性能的提高得益于Fe_(2)O_(3)/rGO大的比表面积以及良好的阻抗性能。

高载硫量硫/碳复合正极材料的制备与性能

针对锂硫电池中引入大量导电基质,导致能量密度较低的问题,采用模板法及CO2活化法制备一种高孔容介孔碳(活化介孔碳)。氮气静态吸附表明:CO2活化能够提高介孔碳的比表面积和孔容。活化介孔碳/S复合材料中硫载量为74. 8%。XRD、Transmission Electron Microscope(TEM)和SEM测试显示;单质硫均匀分布在介孔碳的孔隙中;电化学测试结果显示;活化介孔碳/S复合材料在100 m A/g电流下(1. 2~3. 0 V),首次放电比容量达1 469 m Ah/g,循环100次,可逆放电比容量保持在804 m Ah/g,容量保持率为53. 7%,库仑效率为92%。所制备的活化介孔碳/S复合材料具有较好的电化学活性和良好的循环稳定性。

载硫活性炭脱除天然气中单质汞的研究

在固定床反应装置上考察了商业载硫活性炭脱除天然气中气态Hg0的吸附性能、影响因素、再生方法以及吸附动力学,同时结合BET,FTIR,XRD等表征手段提出载硫活性炭脱汞机理.结果表明,空速对脱汞效率限制作用有限,空速从12000h-1提高至48000h-1,脱除率变化范围在7%以内.增加汞浓度在初始阶段可以提高其脱汞率,增加单位质量活性炭对汞的吸附量,提高温度会增加吸附体系内的活化分子,提高脱汞率,温度在80℃时效果最优,但是温度过高则会产生负面效应.不同阶段的动力学拟合结果表明化学吸附是整个吸附过程的控制步骤.热脱附实验表明载硫活性炭的脱汞温度是在300-450℃,再生后对汞的吸附能力减弱,其原因可归为再生过程中碳硫键的损失和活性炭二次碳化时表面的烧蚀.

高温载硫活性炭的制备及脱汞能力研究

研究了载硫温度、硫炭比(简称S/C),吸附温度等因素对载硫活性炭的硫含量、脱汞能力以及硫损失的影响,探讨载硫活性炭制备的工艺条件优化。结果表明,不同载硫温度下制备的载硫活性炭的气态Hg0吸附能力远强于原料活性炭;载硫温度不同时,负载到活性炭孔隙或表面上的硫的形态不同,导致了脱汞能力的差异,较合适的载硫温度为350℃;S/C为5%(质量分数,下同)时,随着吸附温度的升高,载硫活性炭的气态Hg0吸附量降低;在一定的载硫温度下,原料中S/C越高时,制备的载硫活性炭的硫含量越高、气态Hg0吸附能力越强,但其硫损失率也越高,从实际的使用效果来看,较合适的S/C为10%。

JT-4和JT-1G载硫型催化剂在制氢装置的应用

使用载硫型催化剂,开工现场不需要准备硫化剂,不用注硫泵等注硫设施,载硫型催化剂装填完毕后,只需按要求活化即可,缩短了开工周期,降低了安全风险。载硫型催化剂堆密度高于氧化态催化剂,保证了反应深度。目前各催化剂活性高,效果明显,产品质量合格,满足生产需要。同时利用原料中烯烃含量提高催化剂活化时床层温度有一定效果,为同类生产装置遇到类似问题提供了参考。

高载量锂硫电池正极设计优化

高载量硫正极是研发高能量密度锂硫电池的必要先决条件。然而,硫载量的提高不可避免地会引起正极导电性不良、多硫化物转化动力学缓慢,穿梭效应加剧等问题。本文从化学工程的角度出发,重点关注高载量硫正极中的传质和反应过程,综述了性能优良的高载量锂硫电池正极设计思路。具体而言,从增强电子传导、改善锂离子传质、优化反应动力学、抑制多硫化物穿梭这四种研究思路出发,对比了不同优化策略之间的优劣性,并提出下一代高硫载量硫正极设计的探索方向。分析表明,基于吸附-催化双重功能的三维高导电正极具有巨大发展前景。从应用层面考虑,本文还关注了高载量正极设计中常被忽视的安全性问题,探讨了削弱正极诱导并从源头降低热失效风险的可行性,旨在为研究人员优化高载量(≥4mg/cm^(2))正极设计方案时提供实用指导。

CNTs@Fe_(2)O_(3)材料的构筑及其对锂硫电池性能的影响

锂硫电池作为一种新型锂电池,具有高能量密度和低成本等优势,但硫正极在循环过程中性能退化的问题仍有待解决。为此,制备了一种用Fe2O3修饰的碳纳米管(CNTs@Fe_(2)O_(3))作为载硫体。碳纳米管独特的中空结构能够有效应对体积膨胀效应,同时,生长在碳纳米管表面的Fe2O3颗粒能够有效吸附多硫化锂,从而抑制多硫化锂的穿梭;碳纳米管的长程导电结构能够提高难溶性多硫化锂沉积后的正极导电性。

SZorb装置应对不同原料硫含量的操作及措施探讨

针对SZorb装置长期处于低脱硫负荷的稳定生产工况下,难以适应将来原料硫含量提高的生产需求的问题,进行了试验生产调整的探讨研究。通过比对SZorb装置各关键系统及设备在处理不同硫含量的原料,应对不同脱硫负荷时进行的工艺操作参数的调整,以及对装置生产指标的影响,结合吸附剂的置换,发现反应器的吸附剂藏量、循环量、循环时间,反应温度、温升等需要根据脱硫负荷灵活地联动调整;再生器的再生剂载硫量需要控制提高,应留有足够调整的余量;再生风量需要结合再生烟气含氧量指标严格控制。吸附剂应该根据生产需求制定置换计划并严格执行置换。

载硫活性炭脱汞性能及其反应机理研究

以市售商业载硫活性炭为研究对象,在固定床实验台上进行汞吸附实验,分析吸附温度、入口汞浓度对其脱汞性能的影响,通过表征方法对失活前后吸附剂的物理化学性质进行对比,采用程序升温热脱附实验得到样品中吸附的汞形态,并探究其脱汞机理。结果表明:实验样品的适宜脱汞温度为70℃,脱汞效率随着汞浓度的升高而降低;活性炭样品失活后比表面积下降,表面含氧官能团减少,非氧化态硫含量降低,其汞吸附形态以HgS、HgO为主;载硫活性炭样品对汞的吸附脱除主要依靠含氧官能团和含硫官能团的化学吸附作用。

导电碳修饰隔膜在高硫载量锂硫电池中的作用

研究了分别以乙炔黑、科琴黑、Super P、气相生长碳纤维、石墨烯、碳纳米管、XE-2为正极侧修饰层的隔膜对高硫载量(5.4 mg/cm^2)锂硫电池电性能的影响。XE-2、Super P、石墨烯、科琴黑、气相生长碳纤维涂覆隔膜有助于提高隔膜正极侧的保液能力和导电能力;石墨烯、Super P涂层对多硫化锂有很好的阻挡、吸附作用。涂覆石墨烯的隔膜装配的电池的首次放电比容量可达1007 m A·h/g,远远高于采用空白隔膜的电池(340m A·h/g),循环100次后放电比容量为539 m A·h/g,仍然高于采用空白隔膜的电池(399 m A·h/g)。

船载散装硫黄安全运输分析

为了降低船载散装硫黄粉尘爆炸的风险,解决硫黄对船体腐蚀的问题,以及降低现有应对措施所带来的负面影响,从分析船载散装硫黄的特点出发,梳理散装硫黄运输过程中可能出现的风险,分析现有的应对措施,并对这些措施的弊端给出相应的建议,可供船载散装硫黄运输相关企业和人员参考。

无粘结剂的超高硫载量锂硫电池正极设计

为了提升锂硫电池的能量密度以及硫载量,设计了一种无粘结剂的超高硫载量锂硫电池正极。首先通过水热处理制备了石墨烯自支撑基底,然后将大量升华硫灌入作为硫碳复合正极,该复合正极没有添加任何粘结剂和导电剂。此外,该电池正极的硫载量超过8.0 mg/cm^(2),为常规锂硫电池的4倍以上,并且在活性物质占比接近90%的情况下仍有541 mAh/g的初始放电比容量和稳定的循环性能。

硫改性椰壳活性炭管道喷射脱汞实验研究

选用生物质废弃物椰壳制备活性炭脱汞吸附剂,并在不同温度下进行载硫改性.采用N2吸附/脱附、热重质谱联用(TG-MS)、X射线近边吸收结构(XANES)等方法对吸附剂进行孔隙结构和硫存在形态表征.在模拟烟气管道喷射实验装置上进行汞吸附脱除实验研究.结果表明,载硫温度500℃时椰壳活性炭汞吸附效率优于商用富硫活性炭.活性炭汞吸附脱除能力由孔隙结构、硫含量与硫存在形态共同决定.硫含量随着载硫温度的提高而降低,孔隙结构参数得到优化.元素硫、噻吩与硫酸盐为活性炭硫的主要存在形态,噻吩为有机硫的主要形态.元素硫与噻吩均有利于汞吸附脱除,其中元素硫效果最优.模拟烟气组分的加入促进了活性炭脱汞效率的提高.

N_2气氛下活性炭的汞吸附性能

为研究活性炭吸收烟气中单质汞的吸附机理和提高其吸附能力的方法,对3种原始活性炭和载硫改性后的活性炭在氮气气氛下进行了汞吸附性能试验.结果表明:经水蒸气活化法制备的椰壳活性炭和杏壳活性炭对单质汞的吸收主要为物理吸附,吸附效果较差;而经氯化锌化学法制备的木质活性炭由于表面残存Cl元素,对单质汞的吸收表现出化学吸附的特性,吸附性能较好;经200℃和600℃渗硫改性后的活性炭,其汞脱除效率均得到提高,且渗硫的温度越高,其吸附能力越好.

改性活性炭对含汞废气吸附机理及性能研究

汞具有高挥发性,含汞废物处理过程中产生的气态汞如未及时处理,会对人体健康及周边环境存在极大风险。为分析改性活性炭对含汞废气吸附机理及性能,采购4种市售载硫量的活性炭样品进行相关参数表征,并通过气体吸附实验装置进行汞的吸附实验。结果表明:市售载硫活性炭基本参数差距较大,4种活性炭中硫质量分数最高为11.46%,最低为0.13%;比表面积最大为1 014.37 m^(2)·g^(-1),最小为435.81 m^(2)·g^(-1);4种活性炭之间的平均孔径大小无明显差异;活性炭中硫质量分数及比表面积影响汞的吸附饱和速度,高比表面积及高硫质量分数的活性炭对汞的吸附效率最高;高硫质量分数活性炭对汞的吸附主要为表面微孔吸附,颗粒内扩散作用微弱。低硫质量分数活性炭先对汞表面微孔吸附,表面活性位被逐渐覆盖后进行孔道内扩散。因此,在工程活性炭选用过程中,应结合经济成本,选用高比表面积及高硫质量分数的活性炭。

雅克拉集气处理站天然气脱汞工艺研究

雅克拉集气处理站于2005年11月投产,自投产以来运行稳定。但2008年8月主冷箱脱水原料气出口封头焊缝出现刺漏,经化验为天然气中含有微量汞所致。文章结合已建流程的特点,介绍了该处理站的天然气脱汞工艺:在天然气脱水装置后增加了脱汞塔,吸附剂采用载硫活性炭,并设置过滤器去除可能产生的活性炭粉尘。文章还较详细地说明了脱汞塔的设计要求和结构形式。