生物质碳材料孔隙结构及调控方法研究进展

综述了比表面积、孔隙结构和孔径分布对生物质碳材料电化学性能的影响;并针对孔隙结构这一影响因素进行了进一步探究,主要阐述了蜂窝状、网络状、管状和片状孔隙结构的生物质碳材料在电化学储能方面的优势,以及不同形状的碳材料的调控方法;简单介绍了有序碳材料的可控构建及其在电化学方面的应用;分析了多级孔结构碳材料的特点(清晰的层次结构、三维的连通孔道)。最后展望了生物质碳材料通过孔隙调控提高电极材料电化学性能的发展趋势。

基于有效应力的裂缝性碳酸盐岩地层孔隙压力预测

由于碳酸盐岩成岩作用与异常压力成因机制复杂多变,导致碳酸盐岩地层孔隙压力的准确预测依然是目前国内外尚未解决的重大技术难题。四川盆地TH地区碳酸盐岩地层在钻井过程中气侵频繁,地层孔隙压力复杂多变,常用的基于欠压实理论建立的预测方法对碳酸盐岩地层不适用。为了准确预测TH地区碳酸盐岩地层孔隙压力,本文结合实验与测井解释结果,分析孔隙度、泥质含量、含气饱和度、有效应力和声波速度的响应关系,基于Terzaghi有效应力理论建立了适用于碳酸盐岩地层的多参数地层孔隙压力预测模型,并在此基础上考虑裂缝发育指数的影响,对模型进行了改进。对比模型改进前后的预测效果,发现考虑了裂缝发育指数的多参数地层孔隙压力预测模型在裂缝性地层的预测精度上有了明显的提升,预测曲线更加贴近实钻值,最大误差低于3%,在裂缝相对不发育地层与多参数预测模型预测精度相近。文章研究成果能够为碳酸盐岩地层孔隙压力精细预测和安全钻井提供技术指导。

多元素掺杂木质素基多孔硬碳材料的制备及应用

在钾离子电池负极材料中,生物质碳材料因其来源丰富、无毒可降解的优势有着良好的发展前景。然而,复杂的制备流程、相对较低的容量以及较差的循环性能限制了它的应用。以造纸工业废品木质素为前驱体,通过直接碳化法成功制备出多元素掺杂木质素基多孔硬碳(HC)。作为钾离子电池负极,HC具有较高的可逆容量(0.1 C时容量为312.5 mAh/g)、良好的倍率性能(2 C时容量为107.6 mAh/g)以及循环稳定性(0.5 C下经过200次循环后,容量保持在125 mAh/g)。优异的电化学性能归因于分级多孔结构以及N、O、S等多种元素掺杂产生的丰富缺陷和反应活性位点。更重要的是,相对简单的制备流程可以有效缓解工业木质素带来的环境污染和资源浪费问题,因此HC具有巨大的商业化应用潜力。

PCB基多级孔碳/聚苯胺复合材料的制备及性能研究

科学技术的发展为人类的生活带来便利,但同时也加剧了能源的消耗与环境的恶化,因此,需要开发一种绿色高效的能源存储与转换装置。研究基于废旧PCB基板,采用碳化和KOH活化方法制备多级孔碳材料,并将多级孔碳材料与苯胺进行原位聚合,得到PCB基多级孔碳/聚苯胺复合材料,并对其性能进行研究分析。结果表明,该复合材料在1A/g的电流下比电容为530F/g;循环1500次初始容量保留率为82.1%;该材料组装的超级电容器在功率密度为63.1W/kg时,能量密度为9.5Wh/kg;功率密度为2000W/kg时,能量密度为7.4Wh/kg。以上结果说明PCB基多级孔碳/聚苯胺复合材料拥有优秀的电化学性能,有较高的实用价值。

碳酸盐岩储层多尺度孔洞缝的识别与表征--以川西北双鱼石构造中二叠统栖霞组白云岩储层为例

对于具有强非均质性的多尺度储集空间的碳酸盐岩储层,仅采用单一的测试手段难以识别出所有的储集空间。为了给碳酸盐岩油气藏精细刻画及高效开发提供技术支撑,以四川盆地西北部双鱼石构造中二叠统栖霞组白云岩储层为研究对象,针对其发育多个尺度的孔洞缝,采用岩心图像采集仪和双能CT对不同尺度岩心的孔洞缝进行刻画,借助三维可视化软件对重构孔隙空间进行定量化分析,实现了不同尺度下孔洞缝的搭配关系表征以及储集类型划分,并建立了一套基于几何学参数识别裂缝、溶洞的方法。研究结果表明:(1)该区栖霞组储层发育多个尺度的孔洞缝储集空间,可划分为3大类6种类型,孔隙以晶间溶孔、晶间孔为主,溶洞以小洞为主,裂缝以斜交缝为主;(2)建立起了一套基于几何学参数识别裂缝、溶洞的方法,球形度小于0.43、球半径比小于0.41为裂缝识别标准,等效球半径大于2 mm为溶洞识别表征;(3)栖霞组储层的孔隙以直径介于0.02~2.00 mm的大孔隙为主,溶洞以2.00~10.00mm的小洞为主,发育多个级别的裂缝;(4)栖霞组白云岩储集类型以裂缝-孔洞型、裂缝-孔隙型为主,缝洞发育程度是影响该储层物性的关键因素,栖霞组裂缝发育的储集类型占比超过50%,渗流能力较好。

多级孔碳材料的制备及其超级电容器性能研究

超级电容器因其容量大、充放电速度快、循环寿命长、功率密度高、环境污染小以及工作温度范围宽等优点而被广泛关注,可应用于存储再生能量、备用电池和替代电源等众多场景,展现出巨大的应用价值和市场潜力。然而,现有超级电容器较低的能量密度限制了其应用前景,为此研究者们提出了优化电极材料以提高其能量密度的方案。基于此,该研究以生物质——塌地松为碳源,通过高温碳化和氢氧化钾活化制备出性能优异的多级孔碳材料,性能测试证实该材料具有优异的电化学性能(电容:532.0 F/g,能量密度:12.5 Wh/kg,功率密度:5245.6 W/kg)。研究结果表明,高比表面积(3948.6 m^(2)/g)、多级孔结构、均匀孔径分布及杂原子掺杂有利于提高碳材料的比电容,为超级电容器电极材料的选择和制备提供了技术指导。

水蒸气处理对ZSM-5催化剂及甲醇制丙烯反应的影响

论证采用水蒸气处理手段模拟工业多周期催化剂的可行性.采用XRD、NH_3-TPD等表征手段,研究经水蒸气处理的ZSM-5催化剂在孔道结构和酸性质方面的变化规律及其与工业多周期催化剂的异同,考察水蒸气处理条件对反应性能的影响.结果表明,经高温水蒸气处理后,催化剂的结晶度明显下降,总比表面积显著降低,介孔孔径分布发生变化,酸强度和酸量亦呈下降趋势.随着催化剂脱铝程度的加深,在主产物丙烯的选择性不断下降的同时,氢转移、芳构化等副反应受到明显抑制,而催化剂的抗积炭性能得到提升.

陕北富县探区奥陶系马家沟组储层特征及气层改造技术研究

陕北富县探区下古生界马家沟组沉积了一套以蒸发潮坪相为主的白云岩、含膏云岩等碳酸盐岩沉积物。据区内钻探的4口古生界探井分析,马家沟组碳酸盐岩溶蚀孔洞、裂缝不够发育,且大部分被方解石和泥质所充填,导致储层的基质孔隙度和渗透率较低,属Ⅲ类储层。通过对该碳酸盐岩储层特征的分析,在富古1、富古2井选择了多级注入酸压一闭合酸化气层改造工艺技术,施工取得了圆满成功,有效地改变了储层的渗流条件。

缝洞型碳酸盐岩气藏多类型储集层孔隙结构特征及储渗能力——以四川盆地高石梯—磨溪地区灯四段为例

为全面表征缝洞型碳酸盐岩气藏多类型储集层的孔隙结构特征及储渗能力,借助多种测试技术对四川盆地高石梯—磨溪地区灯四段储集层样品进行分析与研究。首先利用铸体薄片和扫描电镜技术定性刻画了储集层的岩性、物性、储集空间和喉道特征,然后根据高压压汞得到的毛管压力曲线对储集层进行分类,最后基于多尺度CT扫描定量表征了3类样品的二维、三维孔隙结构特征。结果表明:研究区储集空间既有受组构控制的粒间溶孔、粒内溶孔和晶间溶孔等,又有不受组构控制的溶洞、溶缝和构造缝;喉道以缩颈、片状和管束状为主;根据毛管压力曲线特征,储集层可划分为缝洞型、孔洞型和孔隙型;缝洞型大孔隙与溶洞发育,分布均匀且连通性好,喉道粗大且数量较多,微裂缝与溶洞串接呈串珠状分布,沟通了孤立的储集空间,具有最好的储渗能力;孔洞型多尺度孔隙与溶洞发育,储集能力强,喉道粗大但数量较少,连通性较差,各储集空间无法有效沟通,渗流能力受限;孔隙型细小孔隙发育且分布不均,大部分区域被岩石骨架占据,喉道数量少且连通性极差,储渗能力弱。

一步浸渍合成具有多重孔隙的铸型炭体(英文)

以多孔块状硅体为模板,通过一步浸渍、炭化、酸处理工艺,制备出结构可控、孔隙联通且具有多重孔隙的铸型炭体。分别采用氮吸附技术、高分辨透射电镜和扫描电镜对模板硅、硅碳复合物及相应炭体进行了结构表征。从微米尺度分析,该炭体是由高度联接的枝状结构单元为骨架构筑而成。与模板硅相比较,此炭体是硅体的正复本。从纳米尺度分析,这种炭体枝状骨架是由分布均匀且相互连接的中孔构成,此中孔及其孔壁对应于模板硅的孔壁及中孔,是多孔硅的负复本。此外构成中孔的炭骨架本体又含有大量炭化过程产生的微孔。因此该法合成的铸型炭具有孔隙高度发达和结构层层嵌套的特点。

地震多属性孔隙因子参数反演及其在伊拉克M油田碳酸盐岩储层预测中的应用

储层孔隙结构刻画是预测有利储层的关键。伊拉克M油田发育礁滩相碳酸盐岩储层,受成岩作用影响,储层孔隙结构复杂,具有相同孔隙度的储层渗透率存在明显差异。核磁共振测井及取心井岩心资料分析结果表明深、浅侧向电阻率差异与储层的孔隙结构具有相关性,基于电阻率与孔隙度参数构建了储层孔隙因子,提出了地震多属性孔隙因子参数反演方法,其算法实现分三步:(1)利用波阻抗反演识别储层与基质;(2)应用专家优选与自动优化组合方法进行孔隙因子参数敏感地震属性优选;(3)利用概率神经网络算法对优选的地震属性进行地震多属性孔隙因子参数反演。实际应用效果验证了该方法的有效性,有利储层预测结果为油田开发井位部署提供了支持。

变配碳量条件下低硅烧结矿孔隙分布的多重分形研究

利用压汞仪测定了不同配碳量的低硅烧结矿样品的孔隙分布,结合多重分形理论计算了其孔隙分布的分形特征。研究结果表明,随着配碳量的增加,当配碳量为3.7%附近时其谱宽Δα最小,Δf(α)值由负值变成正值,表明试样最大概率元素数目相对增多,最小概率元素数目相对减小,烧结矿具有较好的多重分形结构,分形特征较好。随着配碳量的进一步增加,气孔将变小,分形特征又变得不太明显。样品冶金性能的测定结果表明:当配碳量为3.7%时,其综合冶金性能最佳。