超细炭前躯体的分析

通过HNO3／H2SO4，H2O2／H2SO4两条途径氧化石油焦，制备水性中间相，用乙二醇／乙醇调制水性中间相的溶胶－凝胶，经超临界干燥制备超细炭，用FT－IR红外光谱、透射电子显微镜对试样进行表征。研究结果表明：石油焦氧化过程中主要发生氧化、磺化和硝化反应，水性中间相官能团种类随所用氧化试剂不同而异；由HNO3／H2SO4氧化得到的水性中间相适合于制备炭质溶胶－凝胶和粉末状超细非晶态炭，超细炭的平均粒径约为0.5μm。     

高比表面积中间相沥青基活性炭微球的制备

中间相沥青与纳米SiO2颗粒混合研磨至均匀,在450～550℃热处理后制备出中间相沥青基炭微球.以KOH为活化剂,对所制备的炭微球进行化学活化,获得高比表面积(大于3000 m2·g-1)的中孔型活性炭微球.中间相沥青基炭微球制备时的热处理温度以及活化过程中的活化剂配比决定着活性炭微球的结构与形态.     

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.     

发泡条件对炭泡沫孔泡结构的影响

以AR中间相沥青为原料,在中间相沥青裂解行为的基础上,利用自发泡工艺制备了中间相沥青基炭泡沫.重点研究了发泡过程中形核温度、初始压力以及固化温度对炭泡沫孔泡结构的影响规律.结果表明:随着形核温度的升高,炭泡沫的孔径变大,开口孔隙率升高.随着初始压力的升高,炭泡沫的孔径减小,开口孔隙率降低.随着固化温度的提高,炭泡沫的孔泡结构由椭圆形变为圆形,开口孔隙率升高.     

中间相沥青基泡沫炭发泡过程及其动力学研究

以AR中间相沥青为原料,结合TG、黏度分析、MS及IR等表征方法研究了中间相沥青基泡沫炭的发泡过程及其动力学特征.结果表明:中间相沥青在发泡过程中主要发生脂肪碳链的热解反应并释放出H2、CH4、H2O和CO等气体,导致熔融沥青中的分子组成产生变化,进而引起其黏度变化.在此基础上采用TG分析模拟不同升温速率及发泡温度下中间相沥青的失重过程,并通过拟合中间相沥青恒温阶段的TG曲线,发现中间相沥青的恒温失重率Δw与发泡时间tb成较好的线性关系,结合Arrhenius方程计算得到不同升温速率下恒温发泡过程的动力学参数.此研究工作对于中间相沥青基泡沫炭的可控制备具有较好的理论指导作用.     

红外干燥在溶胶-凝胶法制备纳米TiO2中的应用

在溶胶-凝胶法制备纳米TiO2的过程中,分别采用红外干燥（IFD）和超临界流体干燥（SCFD）技术对生成的凝胶进行干燥,采用XRD、SEM、BET对样品进行表征．测试结果表明,两种干燥方法制备的样品在形貌、晶相、晶粒大小等方面一致．但利用红外辐射技术干燥纳米TiO2可以简化制备步骤、缩短干燥时间、降低生产成本,优于SCFD技术．     

粘结剂炭的氧化动力学研究

两种粘结剂炭的氧化动力学实验表明，粘结剂炭氧化反应属一级反应。850℃、1000℃制备的中间相沥青（NJ8）的表现活化能分别为107.90kJ/mol和170．60kJ/mol，而酚醛树脂炭的表观活化能分别为65．01kJ/mol和97．63kJ/mol。可见中间相沥青（NJ8)炭的抗氧化性明显优于酚醛树脂炭。     

纳米氧化镧的制备及性能研究

采用热分解法、溶胶-凝胶法和沉淀法制备了纳米氧化镧,并对其进行XRD、BET、TEM、CO2-TPD和O2-TPD表征.结果表明,由不同制备方法获得的纳米氧化镧都为六方晶相结构,但由沉淀法制得的纳米氧化镧的颗粒最小(30～50nm),由溶胶-凝胶法制得的纳米氧化镧的比表面积最大(20.8m2.g-1),因而这两种方法获得的纳米氧化镧具有较好的吸附氧能力.     

中间相沥青原料对泡沫炭结构及性能的影响

考察了萘系和煤系中间相沥青原料对发泡工艺及石墨化泡沫炭结构及性能的影响.由于萘系中间相沥青比煤系中间相沥青的平均相对分子量低且分布宽,两者的最佳发泡条件分别为600℃/5 MPa、600℃/1.5 MPa.流线型域状结构及圆盘状分子结构的煤系中间相沥青易于得到高热导率、高压缩强度的泡沫炭,所制煤系中间相沥青泡沫炭的热导率和压缩强度分别为33.4 W/(m·K)、1.28 MPa.     

热处理对中间相沥青-碳纤维 黏结界面相容性的影响

中间相沥青在碳化过程中轻组分不断逸出而发生剧烈膨胀,对以其为黏结剂或基体的碳纤维增强复合材料的界面结合性能有显著影响.利用TG、XRD和SEM等考察了预氧化条件对碳纤维的热稳定性、碳收率、晶体结构和纤维在乙醇水溶液中分散性的影响规律.从多个预氧化条件中甄选出以270℃保温150 min处理的氧化纤维进行碳化条件影响规律的考察.利用光学显微镜观察发现700～900℃碳化的碳纤维直径变化最显著.利用FTIR和SEM考察不同碳化温度碳纤维与中间相沥青黏结剂制备的碳黏碳纤维网络体的界面相容性.结果表明,500℃碳化的碳纤维与碳质黏结剂的结合紧密,结点平滑无裂纹,具有优异的界面相容性.500℃碳化的碳纤维与中间相沥青黏结剂在后续碳化处理中共同经历碳结构的主要形成阶段,可改善黏结界面,为提高材料性能提供有效途径.     

无烟煤改性中温煤沥青的组分结构分析

采用傅里叶红外光谱(FT-IR)分析了热聚合改性和添加无烟煤热聚合改性中温煤沥青的组分结构变化;采用综合热分析仪(TG-DTG)研究了热聚合改性和添加无烟煤热聚合改性中温煤沥青的热解缩聚特征;采用气相色谱质谱联用(GC-MS)等技术初步探讨了煤沥青热聚合改性机理.研究结果表明:无烟煤热聚合改性的中温煤沥青,芳香度明显提高;无烟煤促进了中温煤沥青热处理过程中缩聚反应的进行.     

山西几种煤沥青性能的研究

本文对山西三种不同类型的煤沥青进行了溶剂配制,用示差精密热分析仪研完了它们的热行为;在热台显微镜下观察了它们在热反应过程中的软化熔融温度、中间相的生成和变化温区及显微结构的变化。结果表明:太钢煤沥青在生成中间相的过程中有良好的热行为,有可能成为制备碳纤维的良好原料。     

Fabrication method and microstructural characteristics of coal-tar-pitchbased 2D carbon/carbon composites

The lignin-cellulosic texture of wood was used to produce two-dimensional(2D) carbon/carbon(C/C) composites using coal tar pitch. Ash content tests were conducted to select two samples among the different kinds of woods present in Iran, including walnut, white poplar, cherry, willow, buttonwood, apricots, berry, and blue wood. Walnut and white poplar with ash contents of 1.994wt% and 0.351wt%, respectively, were selected. The behavior of these woods during pyrolysis was investigated by differential thermal analysis(DTA) and thermo gravimetric(TG) analysis. The bulk density and open porosity were measured after carbonization and densification. The microstructural characteristics of samples were investigated by scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction(XRD), and Fourier-transform infrared(FT-IR) spectroscopy. The results indicate that the density of both the walnut and white poplar is increased, and the open porosity is decreased with the increasing number of carbonization cycles. The XRD patterns of the wood charcoal change gradually with increasing pyrolysis temperature, possibly as a result of the ultra-structural changes in the charcoal or the presence of carbonized coal tar pitch in the composite's body.     

在固定床中煤加压热解特性研究

作者对小龙潭煤和义马煤在固定床中进行加压热解试验,分别用 N_2和 H_2作载气,对热解产生的焦油、热解气、热解水和残炭进行测定和分析。实验结果表明:煤在压力加氢热解(H_2压31kgf/cm~2)条件下与在 N_2气氛中加压热解(N_2压31kgf/cm~2)条件下比较,焦油产率分别提高100%(小龙潭煤)和77.9%(义马煤),焦油中酸性组分含量下降,热解气和热解水产率都有较大的增加,残炭产率有较大幅度的降低,     

中低温煤焦油沥青合成沥青树脂的研究

炭材料是一种重要的功能和结构材料,能否保障炭材料制品质量的关键在于使用粘结剂性能的好坏,沥青树脂粘结剂因与炭素材料有良好的亲和性而倍受国内外学者的广泛关注.以中低温煤焦油沥青为原料,多聚甲醛为交联剂,对甲苯磺酸为催化剂合成沥青树脂.考察了合成条件对沥青树脂的软化点、结焦值和β树脂等指标的影响,采用FT-IR表征了沥青树脂的合成机理.研究结果表明,中低温煤焦油沥青与多聚甲醛发生了阳离子型缩聚反应,沥青树脂的软化点在136.2～177.3℃、结焦值在27.64％～38.05％、β树脂在22.79％～41.89％可以进行调控.     

炭／炭复合材料浸渍用沥青的性能分析

采用高温粘度计、核磁共振(     

煤无焦油气化的实验研究

根据上吸式和下吸式气化炉特性,设计开发了喉口型双氧化层煤无焦油气化炉,并在煤无焦油气化炉实验装置上进行了煤无焦油的气化实验研究,考察了气化炉操作参数对主要气化指标的影响.结果表明,喉口型双氧化层气化炉内气化状态良好,出炉煤气中焦油含量大大降低,煤气热值明显提高,煤气中焦油含量最低仅为10 mg/m3,煤气热值高达6 466.9 kJ/m3,完全满足各种燃烧器和加热工艺要求,实现了煤无焦油气化;操作参数对气化指标的影响本质上是通过改变气化温度来实现的,气化温度的提高促进了焦油的裂解反应,从而提高了气化煤气中CO和H2的含量,降低了煤气中CO2和焦油的含量,使煤气热值升高.     

煤焦油热裂解机理研究

利用TG-MS联用仪研究了煤焦油热裂解时的热失重特性和气相产物的逸出规律,应用双外推法推断了煤焦油裂解反应机理,采用Costs-Redfern积分法和Flynn-Wall-Ozawa积分法对数据进行了拟合计算,求得了煤焦油两阶段失重反应的机理函数及动力学参数.结果表明,煤焦油裂解主要有两个失重阶段:第一阶段是煤焦油分子脱水后的缩聚反应过程,此过程主要受随机成核机理的控制,属于旧物相消失新物相生成的成核阶段,主要产物为小分子气体和大分子冷凝焦油,活化能为162 kJ/mol.第二阶段是焦油冷凝大分子再次裂解的过程,此过程受三维扩散机理的控制,反映了气相产物相互传输的机理,是核的生长和扩散阶段,此阶段主要产物为H2和CO,活化能为76.68 kJ/mol.     

热聚合改质过程中煤沥青聚合程度表征的研究

在20升热聚合反应釜中对中温煤沥青进行热聚合改质处理，研究了热解缩聚期间煤沥青软化点的变化规律，讨论了软化点在评价煤沥青聚合程度中的作用，并找出了热聚合改质过程中煤沥青软化点与结焦值和甲苯不溶物之间的关联性。     

各向同性煤沥青制备炭/石墨纤维的研究

以各向同性煤沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备了直径为55μm的沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理后得到炭纤维和石墨纤维,并采用偏光显微镜、XRD和SEM等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明,炭/石墨纤维具有与沥青原料相似的各向同性光学结构;随热处理温度升高,炭/石墨纤维截面逐渐变粗糙,且内部石墨微晶逐步发育并长大,3 000℃下石墨化纤维微晶增大较明显,其堆积高度和平面尺寸分别约为5nm和11nm;1 600℃炭化纤维的力学性能较好,其拉伸强度和杨氏模量分别达到0.57GPa和32.19GPa,进一步提高热处理温度,纤维拉伸强度逐步降低,但是其杨氏模量逐渐增加,3 000℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为0.26GPa和40.57GPa;炭/石墨纤维室温轴向电阻率随热处理温度的升高而降低,1 000℃炭化纤维室温轴向电阻率为47.78μΩ.m,3 000℃石墨化纤维室温轴向电阻率降至21.98μΩ.m。