Preparation of activated carbons from mesophase pitch and their electrochemical properties

The influences of molar ratio of KOH to C and activated temperature on the pore structure and electrochemical property of porous activated carbon from mesophase pitch activated by KOH were investigated. The surface areas and the pore structures of activated carbons were analyzed by nitrogen adsorption, and the electrochemical properties of the activated carbons were studied using two-electrode capacitors in organic electrolyte. The results indicate that the maximum surface area of 3 190 m2/g is obtained at molar ratio of KOH to C of 5:1, the maximum specific capacitance of 122 F/g is attained at molar ratio of KOH to C of 4:1, and 800 ℃ is the proper temperature to obtain the maximum surface area and capacitance.

煤/重油加氢共炼残渣中甲苯可溶物制备中间相沥青的可行性研究

以煤/重油加氢共炼残渣中的甲苯可溶物(TS)为原料,研究了在直接热缩聚基础上添加共炭化剂制备中间相沥青的可行性。探索了反应温度、反应时间2个直接热缩聚条件,以及在优化的直接热缩聚条件下添加四氢萘(共炭化剂)对产物中间相含量、晶体结构以及组成的影响,并通过热沉降对中间相沥青产物中的各向异性组分进行富集,以期获得不同中间相含量的中间相沥青。结果表明,TS的直接热缩聚产物中,各向异性组分极少,中间相质量分数最高仅为9.0%,而在直接热缩聚基础上添加四氢萘可有效促进中间相的形成。TS在反应温度400℃、反应时间6 h和添加10%(质量分数)四氢萘条件下,可制备出中间相质量分数为42.8%的中间相沥青。该中间相沥青在热沉降温度340℃、热沉降时间5 h条件下,可有效富集各向异性组分,得到从热沉降产物底部(中间相质量分数96.2%)到顶部(中间相质量分数3.9%)等不同中间相含量的中间相沥青。

中间相沥青制备高密度高强度炭/石墨材料

以在不同氧化温度下制备的氧化中间相沥青为原料制备了具有不同密度的炭/石墨材料,根据对样品物理性能和微观结构的研究得出最佳的工艺条件.以150MPa压制的坯体经过2200℃石墨化后得到具有高密度(2.02g/cm^3)、低孔率(2.03%)、大体积收缩(44.86%)、高的弯曲强度和压缩强度(70.3和123.3MPa)的样品.该样品具有均匀致密的结构.实验证明,氧化中间相沥青是制备高性能炭石墨材料良好的前驱体.

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭（英文）

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭。考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能。结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1。以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1。循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状。

预氧化对中间相沥青泡沫炭结构和性能的影响机制研究

研究了预氧化对萘系中间相沥青的表面化学性质、族组成分布以及对泡沫炭的发泡条件、泡孔形成、孔结构及微结构的影响机制.当中间相沥青经210℃预氧化2h后,其喹啉不溶物含量增加32.3%,族组成分布变窄.在600℃/3MPa发泡条件下,所制石墨化泡沫炭的平均孔径、压缩强度分别为200μm、2.8MPa.

沥青调制温度对活性炭材料结构及电容特性的影响

以煤焦油沥青为原料,在不同温度下调制得到碳质微晶结构的中间相沥青,采用化学活化法制得超级电容器用高比表面积活性炭。以制备的活性炭作电极材料组装模拟电容器,6mol/L KOH溶液为电解液,考察了中间相沥青的调制温度对活性炭结构和电容行为的影响。结果表明:随着调制温度的提高,活性炭比表面积先增加后减小,在450℃时达到最大值,为3250m2/g;制备的活性炭孔径主要集中在1～4nm范围内;在350℃时,无定形结构的中间相沥青有利于扩孔,制得的活性炭具有较高的中孔含量;随着调制温度的继续提高,中孔含量下降;活性炭比电容量随着调制温度的提高先增大后减小,450℃时达到最大值,为215F/g。

中间相沥青的预氧化对石墨化泡沫炭微裂纹的影响

通过对萘系中间相沥青进行预氧化处理,研究族组成变化对石墨化泡沫炭微结构的影响机制。结果表明:中间相沥青经过预氧化处理后,喹啉不溶物含量提高、族组成分布变窄,导致石墨化过程中泡沫炭泡孔的孔壁、韧带处热应力的梯度差异变小,进而使得微裂纹的数量、长度及间隙减小。

各向同性沥青改性的中间相沥青纤维预氧化研究

以各向同性沥青改性的中间相沥青为原料,经熔融纺丝、氧化及碳化处理得到沥青基碳纤维,重点研究了原丝的氧化行为.偏光显微镜研究表明,混合沥青为两相不相容共混物,中间相沥青为连续相,各向同性沥青为分散相.氧化过程中,沥青的脂肪氢和芳氢被脱除,主要生成羰基,醚键.随着氧化时间的延长,纤维中含氧量逐渐提高.当氧化时间较短时,纤维氧化不足,碳纤维芯部出现孔洞,微观组织呈现大片层结构.随着氧化程度逐渐提高,截面孔洞逐渐减小并最终消失,同时,碳纤维的强度显著提高;但是当原丝过度氧化时,碳纤维强度反而下降.

中间相沥青粒径对活性炭材料及其电化学性能的影响

以煤焦油沥青为原料，在500℃下调制得到炭质微晶结构的中间相沥青。以不同粒径的中间相沥青为原料，以KOH和CO2为活化剂，采用物理～化学联合活化法制得超级电容器用高比表面积活性炭。以制备的活性炭作电极材料，以1 mol／LEt4NBF4／PC为有机电解液，考察活性炭材料的电容行为。结果表明：随着中间相沥青粒径的减小，活性炭比表面积先增大后减小；在中间相沥青粒径为150～250gm时制备的活性炭的BET比表面积达最大值2476m^2／g，质量比电容量最大，达到103．5F／g。以粒径75～96gm中间相沥青制备的活性炭表现出良好的功率特性，在1 mA充放电时，质量比电容量为87F／g；在20mA充放电时，质量比电容量也达到83F／g。

中间相沥青基活性泡沫炭的制备及其电化学性能研究

以中间相沥青为前驱体,经自挥发发泡法、KOH活化法制备的中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料。采用扫描电镜、X射线衍射和低温(77K)N2吸附法对中间相沥青基活性泡沫炭的表面形貌和微观结构进行表征。中间相沥青基活性泡沫炭的比表面积为2700m2/g,总孔孔容为1.487cm3/g。通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试,考察了中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。在电流密度为0.02A/g时,中间相沥青基活性泡沫炭的比容量为240.48F/g,能量密度为33.4Wh/kg;在电流密度为5A/g时,比容量为166.68F/g,具有良好的电化学特性。

中间相沥青基活性炭的微观结构对电化学性能的影响

以中间相沥青(Mesophase pitch,MP)为前驱体、KOH作为活化剂,分别采用直接活化法、预炭化活化法制备出活性炭(Activated carbons,ACs)。采用N2吸附法对所制ACs的比表面积、孔径分布进行分析。将所制ACs应用于电化学电容器电极材料,进行恒流充放电、循环伏安电化学分析。结果表明:电极的电化学性能不仅受活性炭比表面积、孔结构的影响,也与活性炭的微观形貌有关。其中预炭化活化法ACs颗粒具有片层结构,更有利于炭电极与电解液的浸润,提高微孔比表面积对比电容的贡献。

预氧化时间对中间相沥青及其泡沫炭的影响

对AR中间相沥青进行300℃预氧化处理,获得氧化沥青,以AR中间相沥青和氧化沥青为原料制备泡沫炭,采用氮/氧、碳/硫分析仪和热分析仪分析原料的元素含量和热分解过程,采用扫描电子显微镜观察泡沫炭的微观形貌,研究了300℃预氧化处理对AR中间相沥青元素和热重的影响机制.结果表明,AR中间相沥青经300℃预氧化2 h,4 h和6h后,沥青中氧元素含量由原来的0.85%增加到6.60%,10.47%和11.31%.AR中间相沥青经预氧化后获得了孔径较小的泡沫炭材料.当预氧化时间为6 h时,炭化和石墨化泡沫炭的压缩强度分别为12.07 MPa和9.06 MPa.

气相氧化处理对沥青基球状活性炭表面化学及吸附性能的影响

利用气相氧化处理对沥青基球状活性炭(PSAC)进行氧化改性,考察了氧化改性气氛中氧含量、氧化时间和氧化温度对PSAC表面化学性能的影响。用氮气吸附法表征了PSAC的孔结构,并研究了改性前后PSAC对苯酚吸附性能的变化规律。结果表明:改性前后PSAC的孔结构变化不明显;当氧化改性气氛中氧含量为20%,氧化时间为5h以及氧化温度分别为400℃和450℃时,沥青基球状活性炭的表面酸性官能团由0.11m eq/g分别增加到1.22m eq/g、1.60m eq/g,碱性官能团由0.52m eq/g分别减少到0.03m eq/g、0.02m eq/g;随着表面酸性官能团数量的逐渐增加,PSAC亲水性能逐渐增强,使得溶剂水对吸附位产生强烈的竞争吸附,最终导致PSAC对苯酚的吸附等温线由L型向S型转变。

煤沥青热聚合过程对微孔炭特性的影响

煤沥青是一种热塑性物质，作为制备高比表面积微孔炭的原料需要进行不熔化处理。煤沥青经氧化聚合后，挥发分由52．22％下降到16％以下，相应的甲苯不溶物含量由30％增加到81％以上。IR光谱分析发现：沥青氧化聚合的结果表现为3000～2900cm^-1附近甲基、亚甲基振动峰逐渐消失，1600cm^-1附近C=C芳环骨架振动峰、744cm^-1处渺位构型取代基峰同样显著减弱，通过脱亚甲基与渺位H实现芳环的稠和聚合，从而降低了稠和分子的芳香性。为此以中温煤沥青为原料制备高比表面积活性炭时需要选择适宜的加热氧化速度，以保持前驱体的反应活牲。制备高比表面积活性炭时，要求前驱体中的中间相保持适宜尺度，并高度呈分散状分布于各向同性沥青之中。以本试验制备的前驱体采用KOH活化与炭化时发现：其BET、孔径分布与沥青氧化聚合工艺条件有关，中孔主要集中于2～3m、微孔分布主要集中在1．4nm附近，基本不含5nm以上的孔。

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用（英文）

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F?g^(-1),是纯碳气凝胶(103 F?g^(-1))的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性,2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。

不同KOH配比对中间相活性炭微球结构形态的影响

为了制备中孔含量高的高比表面积活性炭微球,以KOH为活化剂,在850℃下对中间相沥青微球(MMB)进行了活化处理,考察了不同KOH配比对活性炭微球孔结构及其表面形态的影响,并对KOH活化中间相沥青微球的反应机理进行了初步探讨.研究结果表明:随着KOH配比增加,活性炭微球总孔容和中孔孔容含量分别达到最高值,进一步增加KOH配比二者均呈下降趋势;KOH配比为8时制备的活性炭微球具有最高的总孔容和比表面积,同时具有较高的中孔孔容含量;KOH配比为10时,活性炭微球的总孔容和比表面积下降,但中孔孔容达到最高值;随着KOH配比的增加,活性炭微球尺寸变小,由圆形变为椭圆形,然后变为较小圆颗粒.

中间相沥青基碳电极材料的制备工艺优化与性能

以煤焦油沥青为原料,采用"中间相调制-化学活化"工艺制备了超级电容器用活性碳电极材料,考察了中间相调制温度对活性碳晶体结构、孔径分布、电容量特性的影响,并分析了中间相沥青的调制过程及不同实验条件对活性碳晶体结构、孔径分布、电容量特性的影响。结果表明,中间相沥青调制温度主要集中在190～492.5℃,随中间相调制温度升高,活性碳电极材料的振实密度明显增大,在500℃条件下制备的活性碳材料具有最高的比电容量,达到103F/g,较高的调制温度能提升活性碳中碳的边缘层含量,从而提高材料的面积比电容量。

中间相沥青的调制对纳米级微孔超高表面积活性炭性能的影响

以中间相沥青为原料,采用KOH活化制取了超高表面积活性炭,其比表面积高达3464m2/g,总孔容积高达2 14cm3/g,碘吸附值为3094mg/g,苯吸附值为1610mg/g.所制活性炭富含发达的微孔,其孔径主要集中在1～4nm范围内,具有优异的吸附性能.研究了中间相沥青调制对纳米级微孔超高表面积活性炭性能的影响,结果表明.制备中间相沥青所用原料的净化处理是制备超高表面积活性炭的关键,以1～2℃/min升至400℃并保温2～3h所得中间相沥青制取的活性炭具有极高的吸附性能,中间相沥青炭物料的碳质微晶结构对超高表面积活性炭制取起着决定性作用.

空气氧化处理法对沥青基球状活性炭孔结构及其吸附性能的影响

利用空气氧化处理法对沥青基球状活性炭进行了改性。改性结果表明,在空气氧化处理的过程中,部分的微孔结构遭到了破坏。并且随着氧化强度的增强,沥青基球状活性炭的比表面积减小,但总孔容增加。中孔孔容的增加比较明显。与此同时,沥青基球状活性炭对苯酚的吸附性能下降。

中间相沥青纤维氧化及炭化的研究

以石油系催化裂化渣油为原料，调制出可纺性的中间相沥青，并纺出均匀的中间相沥青纤维。用热分析法和元素分析法，确定了最佳氧化条件。利用X-射线衍射技术（XRD）及透射电镜（TEM）对中间相沥青炭纤维进行了表征，求得了结构参数、并研究了炭化过程中，结构、性能与温度的依存关系。