分离煤族组分制备泡沫炭及泡孔结构调制

摘要

以全组分族分离所得的煤疏中质组分为原料,在常压、惰性气氛条件下经“一步法”制备出泡沫炭,考察了炭化工艺条件、小分子组分含量及原料来源煤种对泡沫炭泡孔结构的影响;以疏中质组分、半泡沫炭和泡沫炭为原料,采用KOH活化法制备出活性泡沫炭,并按正交试验方案对以半泡沫炭和泡沫炭为原料的两步法制备工艺进行了研究,考察了炭化温度、活化温度、活化时间及碱炭比对活性泡沫炭比表面积、总孔容及孔径分布的影响;通过电化学性能测试,初步探讨了活性泡沫炭应用于超级电容器电极材料的可行性。
　　结果表明:炭化终温在850~1100℃时制得的泡沫炭泡孔结构均匀而丰富,泡孔贯通性良好,总孔容最高可达4.7 cm3/g,孔隙率最高可达83.5％,体积密度和表观密度均很低。炭化条件中,以一段恒温时间和二段恒温时间对泡沫炭泡孔结构影响较大,而二段升温速率和二段炭化终温对其影响较小。当对疏中质组分原料进行溶剂抽提以降低小分子含量后,其所制备的泡沫炭泡孔孔径明显变小,整体结构较致密且致密程度与抽提率呈正相关。不同煤种的疏中质组分所制得的泡沫炭泡孔结构存在较明显的差异。
　　以半泡沫炭的粉样掺和KOH进行活化所制得的活性泡沫炭的比表面积和总孔容更高,最高分别可达1510 cm2/g和0.8384 cm3/g;微孔和中孔集中,主要分布在0.95~1 nm、2~5 nm范围,其中孔含量约在20~50%之间,大孔较少。由ACF-7号活性泡沫炭样品为电极材料制作的超级电容器电化学性能良好,比电容量为109.2 F/g,说明本研究所制备的活性泡沫炭可用于超级电容器的电极材料。

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表清单

1 绪论

1.1 研究背景与意义（Significance and Background of Research）

1.2 主要研究内容（Main Research Content）

1.3 文献综述（Literature Review）

2 实验部分

2.1 原料准备（Material Preparation）

2.2 仪器及试剂（Apparatus and Reagents）

2.3 实验方法（Experiment Methods）

3 泡沫炭的制备与泡孔结构调制

3.1 不同族组分的炭化物特征分析（Feature Analysis of Carbonized Material Prepared by Different Group Components）

3.2 TTLMC性质（Properties of TTLMC）

3.3 炭化工艺条件对泡孔结构的影响（Influence of Carbonization Pro-cess on Foam Pore Structure）

3.4 小分子含量对泡孔结构的影响（Influence of Micromolecule Content on Foam Pore Structure）

3.5 来源煤种对泡孔结构的影响（ Influence of Coal on Foam Pore Structure）

3.6 本章小结（Chapter Summary）

4 活性泡沫炭的制备与表征

4.1 活性泡沫炭的制备工艺（Preparation Technology of Activated Car-bon Foam）

4.2 粉样两步法制备活性泡沫炭的工艺条件（Process Condition of Ac-tivated Carbon Foam Prepared by Two-step Powdery Method）

4.3 活性泡沫炭的微观结构表征（Microstructure Representation of Ac-tivated Carbon Foam）

4.4 活性泡沫炭制备超级电容器的可行性（Feasibility Analysis for Su-percapacitors Made by Activated Carbon Foams）

4.5 本章小结（Chapter Summary）

5 结论与建议

5.1 结论（Conclusions）

5.2 建议（Suggestions）

参考文献

作者简历