预处理对碳纳米管吸附储氢性能的影响

以Fe/S iO2为催化剂,采用化学沉积法裂解乙炔制备了多壁碳纳米管。研究了预处理对碳纳米管储氢性能的影响。使用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和低温N2吸附(BET)对预处理前后的碳纳米管进行表征。结果表明:酸处理和热处理对碳纳米管的重量储氢容量有明显的影响,经酸处理后的碳纳米管样品在充氢压力10M Pa和30°C条件下的饱和重量储氢容量为1.90%,而粗样品只有0.4%,再经1 200°C,N2气氛下热处理后的重量储氢容量达到2.10%。     

单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢,重点研究了单壁氮化硼纳米管的管径、管长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响.与单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比较,氮化硼纳米管的储氢性能明显优于碳纳米管.计算结果显示,在常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到美国能源部提出的商业标准.     

碳纳米管阵列储氢的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了常温和不同压强下,氢在不同管径和管间距的单壁碳纳米管阵列(SWCNTA—S ingle-walled Carbon Nanotube Arrays)中的物理吸附过程.重点研究了压强、管径和管间距对SWCNTA(管内和管间隙)物理吸附储氢的影响.发现氢分子主要储存在SWCNTA的管壁附近,适当地增大管径和管间距可有效增加SWCNTA的物理吸附储氢量,使其在常温下具有较高的储氢能力,并给出了相应的理论解释.计算结果表明,在常温和中等压强下,SWCNTA的物理吸附总储氢量(重量百分比)可达4.2%,从而为同等条件下SWCNTA具有较高储氢能力的实验结果提供了直接的理论支持.     

水热处理的HZSM-5分子筛的孔结构及活性研究

采用X 射线衍射 (XRD)、红外光谱 (IR)、NH3 TPD、真空重量吸附、静态吸附容量法以及正己烷的裂化反应等方法系统地研究了不同温度下用 10 0 %水蒸气处理的HZSM 5分子筛 (硅铝比为 2 5 ,直接法合成 )的结构、酸性、吸附性能和催化裂化性能。研究结果表明 ,随着水热处理温度的升高 ,HZSM 5分子筛的结晶度虽有下降趋势 ,但变化不显著 ,水热处理温度对正己烷吸附量的影响也不大 ,这说明水热处理后HZSM 5分子筛的结构没有发生明显的变化 ;随着水热处理温度的升高 ,HZSM 5分子筛的比表面积减小 ,二次孔或中孔有增大趋势 ,酸中心数目减少 ,活性降低 ,但其活性稳定性却较高。     

碳纳米管的电化学储氢

用电化学方法使碳纳米管储氢,是把碳纳米管当作储氢负极,形成Ni MH电池·用碳纳米管与镍纳米粉做成负极试样,电解液采用KOH溶液·实验中,对Ni MH电池充放电的50个循环进行测试,通过测量电池的充放电容量和能量,来测量碳纳米管的储氢性能·测试过程由Arbin公司的BF 2043系列电池测试系统控制·实验表明,相对每克碳纳米管,当充电电流为120mA时,电池容量可达126 368mA·h·g-1,而且电池放电非常平稳,放电平台利用率高达97%·可见,碳纳米管是一种很有前途的储氢材料·本研究对利用碳纳米管制做储氢电池提供了实验依据·     

碳纳米管物理吸附储氢的势能效应与空间效应

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟氢分子在碳纳米管及其阵列中的存储过程。通过定量分析计算结果,指出碳纳米管储氢的物理吸附机制,可用势能效应和空间效应描述。势能效应源于碳氢和氢氢之间的相互作用,空间效应则来自碳纳米管及其阵列的中空结构。利用两种效应的最佳组合,可获得理想的储氢效果。     

碳纳米管阵列储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法,在室温、100大气压下对以方阵和三角方式排列的碳纳米管阵列的物理吸附储氢进行计算机模拟,发现氢分子可被吸附于碳纳米管阵列的管内和管外,管外的储氢密度普遍高于管内,方阵阵列优于三角阵列,并给出了相应的理论解释。     

不同预处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

研究了经不同预处理后多壁碳纳米管的储氢性能.结果表明:多壁碳纳米管的吸附量在0～12 MPa范围内有一个极大值,极值点的压力和吸附量与样品的种类,处理方法等密切相关;不同量不同碱金属的掺杂对多壁碳纳米管吸附的影响稍有不同;加热活化对提高多壁碳纳米管的吸附量很有效,常温下,在将近9 MPa的平衡压力下,可以达到4.48%...     

碳纳米管的制备与应用

综述了清华大学机械工程系纳米碳材料实验室10年来在碳纳米管相关领域的研究成果。采用浮动催化法制备了多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和定向碳纳米管薄膜,针对各种产物的结构特点,研究了碳纳米管在力学、电学、复合材料、双电层电容器、场发射、储氢和环保等方面的性能。不同类型的碳纳米管具有不同的力学、电学和吸附性能,具有潜在的应用前景。     

用作储氢材料的碳纳米管

氢能技术面临的最大科学挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输,碳纳米管具备一定的储氢能力并能快速地释放氢,但碳纳米管储氢要得以规模应用,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。对纳米碳管制备方法的改进、储氢机理的分析及其结构改性等方面都还需要更深入的研究,才能使得碳纳米管在储氢方面的实用价值得以实现,碳纳米管用于储氢电极材料将给储氢电池带来一场变革。     

粉末活性炭与单壁碳纳米管对水中多氯联苯的吸附

多氯联苯(PCBs)有较强的憎水性,在水中的溶解度很小,主要以与天然有机物结合,或附着于颗粒物的形式存在。粉末活性炭(PAC)和单壁碳纳米管(SWCNTs)对非极性较强的有机物有较好的吸附去除效果。通过研究粉末活性炭和单壁碳纳米管表面的物理化学性质,并对比研究二者对水中多氯联苯的吸附效能,包括吸附动力学和吸附等温线以及对实验数据进行相应的吸附模型拟合可知,粉末活性炭和碳纳米管对PCBs均有较好的吸附效果。10 min时粉末活性炭对多氯联苯的吸附量可达平衡吸附量的75%以上;40 min时可达90%以上;100 min以后吸附基本达到平衡。10 min时单壁碳纳米管对多氯联苯的吸附量可达平衡吸附量的60%以上,40 min时可达90%以上,80 min以后吸附基本达到平衡。     

Effects of structure and surface properties on carbon nanotubes’ hydrogen storage characteristics

Hydrogen adsorption experiments were carried out in special stainless steel vessels at room temperature (298K) and under 10 MPa using self-synthesized multi-walled carbon nanotubes. In the experiments, carbon nanotubessynthesized by the seeded catalyst method were pretreatedby being soaked in chemical reagents or annealed at hightemperature before they were used to adsorb hydrogen, but their capacity for hydrogen storage was still poor. Carbonnanotubes synthesized by the floating catalyst method were found to be able to adsorb more hydrogen. They have ahydrogen storage capacity of over 4% after they wereannealed at high temperatures, which suggested that theycould be used as a promising material for hydrogen storage.     

氢分子吸附碳纳米管场发射性质的密度泛函理论研究

使用第一原理密度泛函理论方法,对吸附氢分子的开口(5,5)单壁碳纳米管在有电场和无电场情况下的性质进行研究。研究结果表明在有电场发射条件下,吸附氢分子后的结构更加稳定。氢分子吸附后,费米能级处的局域态密度增加。     

Preparation of alumina supported on carbon nanotubes and its application in fluoride adsorption from an aqueous solution

A novel material, alumina supported on carbon nanotubes (Al₂O₃/CNT), was prepared from carbon nanotubes and Al(NO₃)₃.X-ray diffraction (XRD) spectra demonstrate that alumina is amorphous, and scanning electron microscope (SEM) images show that CNT and alumina are homogeneously mixed. Furthermore, the fluoride adsorption behavior on the surface of Al₂O₃ /CNT has been investigated and compared with other adsorbents. The results indicate that Al₂O₃/CNT has a high adsorption capacity, with a saturation adsorption capacity of 39.4 mg/g. It is also found that the adsorption capacity of Al₂O₃/CNT is 3.0—4.5 times that of g-Al₂O₃ while almost equal to that of IRA-410 polymeric resin at 25℃. The adsorption isotherms of fluoride on Al₂O₃/CNT fit the Freundlich equation well, and optimal pH ranging from 5.0 to 9.0.     

单壁碳纳米管中受限水的热容及饱和含水量

单壁碳纳米管纳米级的管径使其成为一种准一维的容器．用示差扫描量热的方法对受限于单壁碳纳米管中水的热容进行研究,结果显示,受限水的热容．温度曲线在所测量的温度范围内并未出现熔融峰,并且相比于同温度下的本体水,单壁碳纳米管中受限水的热容有反常的降低．红外光谱显示,单壁碳纳米管内水的氢键强度相对本体水变弱．结合红外结果可知,受限水热容反常降低的现象是因为氢键强度的下降,导致构象对热容的贡献减少．通过对溢出部分水的焓值计算可知,单壁碳纳米管内受限水含量质量分数上限为16％．简化模型预测的单壁碳纳米管理论含水量比实际含水量质量分数高出2％左右．     

Evaluation of diameter distribution of inside cavities of open CNTs by analyses of nitrogen cryo-adsorption isotherm

Precise evaluation of innerdiameter distribution of open carbon nanotubes (CNTs) is the basis of systematic investigation of physico-chemical processes occurring in nano-sized quasi-1-dimensional carbons. Due to the porosity characteristics and adsorption properties, this study evaluated the innerdiameter and its distribution of carbon nanotubes by analyses of nitrogen cryo-adsorption isotherms, and proved that the gas adsorption method is an effective method to characterize the inner cavity structure in comparison with that of electron microscopy observations and Raman measurements. The advantages of this method are as follows: Firstly, statistical information for innerdiameter distribution of open nanotubes can be obtained; Secondly, the method based on the adsorption process in inner cavities is of importance for investigation of other physico-chemical pro- cesses inside the cavities of carbon nanotubes. And finally, if combining with other characterization methods, complete structural information for cavity can be acquired and these basic parameters are important for theoretical investigations and practical applications of carbon nanotubes.     

氨-活性炭吸附式制冷在船舶中的应用

为在船舶中应用余热吸附式的研究成果,选择“SITC TAISHAN”号散货船,通过船舶主机在额定工况下的能量衡算,应用当前氨-活性炭吸附式制冷系统COP的经验值,分析了该轮中央空调系统和伙食冷库采用废气锅炉蒸汽驱动的氨-活性炭吸附式制冷系统的可行性.并且,根据氨在SAC-02活性炭上的吸附平衡数据和活性炭吸附床的循环吸附特性,结合“SITC TAISHAN”轮空调机间的结构特点,规划了由废气锅炉蒸汽驱动的9床循环氨-活性炭吸附制冷系统方案,并对系统的关键部件及运行控制方案设计提出了相应措施.该研究将有助于推进船舶余热吸附式制冷技术的应用     

氧化热处理对不锈钢基碳纳米管结构及其电化学检测性能的影响

采用化学气相沉积法,以不锈钢基体中的Fe、Ni等成分为催化剂,直接在其表面生长碳纳米管并进行氧化热处理。采用场发射扫描电镜观察制备的碳纳米管形貌及尺寸,并采用接触角测量方法检测试样亲水性质,结合透射电镜、拉曼光谱和XPS检测分析氧化热处理引起的碳管形貌和特征差异,最后考察尿酸在碳纳米管电极上的电化学响应。结果表明,氧化热处理使碳纳米管平滑的表面变得粗糙,暴露出了更多的边平面结构,并且碳纳米管从疏水变为超亲水状态,使其在电化学反应过程中电极表面能够更好地与溶液中的物质接触,有利于材料电化学性能的提高;以经过氧化热处理的碳纳米管为电极,能够在大量抗坏血酸存在的条件下选择性地测定尿酸。     

改性活性氧化铝对硫化氢吸附的研究

用浸渍法制备了改性γ-Al2O3,通过SEM对改性γ-Al2O3微结构进行了表征,对H2S进行了吸附考察和分析了不同类型吸附剂、不同改性条件下的吸附性能的变化规律,并对再生后吸附剂的脱硫性能进行了研究.结果表明:焙烧温度达600℃时,改性后的γ-Al2O3微结构发生明显变化,脱除H2S能力增强.当H2S平均初始浓度为45mg/m3,温度为22℃,压力为1.01×105Pa,采样流量为0.5L/min时,改性γ-Al2O3对H2S去除率为96.9%;改性γ-Al2O3吸附效果明显优于未经改性的γ-Al2O3、活性炭和5A分子筛;改性γ-Al2O3再生后的吸附容量可以恢复到原来的97%.     

低温碳纳米管的XPS光谱特征研究

采用X射线光电子能谱对后处理前后的低温碳管(LT-CNTs)进行表面特征分析.发现纯化后碳管的O/C原子比升高,经过Ar气保护下的高温煅烧的后处理后,其O/C原子比降低,比表面积增大.对C1 s峰的拟合分析表明,碳管表面的含氧基团发生改变,深度纯化碳管时,大量活性碳原子变为羟基(C-O),大量的羰基(C=O)变为羧基(O-C=O).同时,大部分化学吸附的氧气将解吸,氧气的解吸将使C-O键或O-C=O转变为C=O双键等形式,且伴随碳管电学性质的改变,由明显的金属性转变为半导体性.