膨胀石墨/石墨烯复合材料的制备及其对甲烷水合物合成影响的研究

摘要

膨胀石墨具有丰富的孔结构，石墨烯拥有较大的比表面积。本文以天然石墨为原料制备膨胀石墨，进一步采用改进Hummers法制备氧化石墨，以膨胀石墨和氧化石墨为原料，通过水热合成，冻干处理，制得膨胀石墨/石墨烯复合材料。并以此复合材料为介质研究了甲烷水合物在其中生成的影响规律。　　通过单因素实验和正交实验，得到制备膨胀石墨的最佳原料配比为石墨(g):浓硫酸(ml):双氧水(ml):硝酸铵(g)=10:22:1.7:3、最佳反应时间45min，制的膨胀石墨的膨胀倍率为180ml·g-1。通过SEM、XRD、红外光谱等表征手段对氧化石墨的形貌、结构分析可知，制备的氧化石墨极性强、片层结构薄。通过红外、SEM、TEM、XRD等表征手段可知复合材料中存在少数层石墨烯的薄片层结构，通过BET测试结果分析得到膨胀石墨/石墨烯复合材料吸附氮气的量为54cm3·g-1，是原料膨胀石墨吸附氮气的量的1.69倍。膨胀石墨/石墨烯复合材料的比表面积为31.5489 m2·g-1，是原料膨胀石墨的比表面积的1.7倍。孔径分布以中孔为主。　　通过对甲烷水合物在膨胀石墨/石墨烯复合材料中生成实验的研究，结果表明：初始压力、外界温度和复合材料比表面积对水合物的合成影响显著，在初始压力和外界温度相同条件下，膨胀石墨/石墨烯复合材料中甲烷水合物合成量比原料膨胀石墨中的合成量的2倍，与不加复合材料的体系相比，在膨胀石墨/石墨烯复合材料中甲烷水合物生成速度快。而且复合材料的比表面积越大甲烷水合物的合成量越大。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2膨胀石墨及其复合材料的研究进展

1.3石墨烯及其复合材料的研究进展

1.4多孔介质中甲烷水合物形成的研究进展

1.5研究内容

2 实验部分

2.1实验原料

2.2实验仪器及设备

2.3制备方法

2.4甲烷水合物合成及测试方法

2.5表征方法

3膨胀石墨和氧化石墨的制备及表征

3.1膨胀石墨的制备与表征

3.2 氧化石墨的表征

3.3本章小结

4 膨胀石墨/石墨烯复合材料的表征和测试

4.1膨胀石墨/石墨烯复合材料的表征

4.2低温N2吸附脱附的测试数据分析

4.3本章小结

5复合材料中甲烷水合物合成的研究

5.1不同初始压力对复合材料中甲烷水合物合成影响

5.2不同环境温度对复合材料中甲烷水合物合成影响

5.3不同原料配比复合材料对其内甲烷水合物合成影响

5.4本章小结

6结论

参考文献

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