煤炭地下气化渗透反应墙构建材料的吸附和渗流特性研究

煤炭地下气化(UCG)带来的地下水污染风险是限制其推广发展的主要问题之一。渗透反应墙(PRB)修复技术是地下水原位修复的主要研究热点,而PRB材料特性是影响其正常运行的关键。本文首先探究了砂、有机膨润土、活性炭对UCG特征有机污染物苯酚的吸附特性,在此基础上,采用自建的渗流实验系统研究了砂、有机膨润土、活性炭及其混合物的吸附和渗透特性对净化污染水的综合影响效果。结果表明:(1)有机膨润土对溶液中苯酚的吸附速率较快,可在10 min之内达到吸附平衡,但吸附容量较小(1.98 mg/g);活性炭对溶液中苯酚的吸附速率较慢,但吸附容量较大(2.22 mg/g)。(2)有机膨润土对苯酚的等温吸附可用Freundlich模型描述,模型参数k_(F)=0.040,n=1.207;活性炭对苯酚的等温吸附可用Langmuir模型描述,模型参数S_(max)=2.44 mg/g,k_(L)=0.125 L/mg。(3)砂和活性炭的渗透系数分别为1.006×10^(-3) m/s和4.761×10^(-2) m/s,砂与活性炭或有机膨润土混合可有效调节混合材料的渗透性,当砂与有机膨润土质量比由1∶1增大到3∶1时,其混合材料的渗透系数由2.624×10^(-6)增大至3.468×10^(-5) m/s;而砂与活性炭质量比由1∶1增大到3∶1时,其混合材料的渗透系数由1.379×10^(-3)减小至1.301×10^(-4) m/s。

煤炭地下气化对地下水的污染及其防控研究进展

煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)是一种重要的煤炭资源转化技术,可提高煤炭资源的利用效率,但同时也带来地下水环境的污染风险。本文主要从UCG产生污染物对环境的影响及其修复防治角度着手,总结了UCG产生污染物的种类、转化迁移规律、净化修复方法和环境评估监测研究现状与进展,展望了未来UCG全面积极推广应加大其现场试验以及污染物监测研究力度的发展趋势,并为煤炭清洁利用领域的发展提供参考。

兰炭基硬炭的微观结构调控及储钠性能

目前硬炭大规模生产主要受到制备工艺的限制。以兰炭为原料,经硫酸铵一步水热处理后进行1400℃高温炭化,制备兰炭基硬炭,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析了兰炭基硬炭的微观结构及表面官能团等在硫酸铵水热处理与高温炭化过程中的演变规律,并通过恒流充放电、恒电流间歇滴定以及循环伏安测试等方法研究不同兰炭基硬炭用作钠离子电池负极材料的电化学性能,探索微观结构对负极材料电化学储钠性能的影响机制及兰炭基硬炭的电化学储钠机理。结果表明:通过调节硫酸铵水热处理温度可以精准调控兰炭基硬炭中各碳相的相对含量,从而达到提高其储钠性能的目的;当水热处理温度为260℃时,得到的样品(NLC-260)具有较高含量的伪石墨结构(32.4%)以及适量的无序结构(36.4%),表现出最佳的电化学性能,在20 mA/g的电流密度下可逆容量可达294.0 mAh/g,首次库伦效率高达83.0%,经1000次循环后容量保持率仍可达79.6%。

微扩层改性对煤基石墨微观结构和储锂性能的影响

以自制煤基石墨为前体,浓硫酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用液相氧化插层-热处理工艺对煤基石墨进行微扩层改性处理,制备出微扩层煤基石墨。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱测试、低温氮气吸附和X射线光电子能谱等手段分析不同微扩层煤基石墨的微观结构,并测试其用作锂离子电池负极材料的电化学储锂特性,系统研究微扩层改性对煤基石墨微观结构和储锂性能的影响。研究表明,微扩层改性处理不仅可增加石墨微晶片层的层间距,还可以在石墨基体中引入纳米孔道和C==O、C—O—H及C—O—C等含氧官能团。氧化剂用量是影响微扩层煤基石墨微观结构的重要因素。通过调节氧化剂用量可实现微扩层煤基石墨微晶层间距、纳米孔道和表面官能团等微观结构的有效调控。当氧化剂用量为煤基石墨的0.30倍时,微扩层煤基石墨的层间距为0.3374nm,其纳米孔道主要由1~2nm微孔和2~6nm中孔组成,比表面积为24.6m^(2)/g,且富含C==O、C—O—H及C—O—C等含氧官能团。微扩层煤基石墨用作锂离子电池负极材料展现出优异的电化学储锂性能,其在0.1C低电流密度下的可逆比容量最高可达511.1mAh/g,在5C高电流密度下为348.7mAh/g,且经300次循环充放电后,其比容量仍可维持在313.3mAh/g,容量保持率为89.9%,综合性能远高于煤基石墨。微扩层煤基石墨优异的电化学储能特性与其微观结构中富含石墨微晶片层、纳米孔道和含氧官能团等密切相关。