炭化程度对核桃壳焦孔隙结构和燃烧特性的影响

利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了炭化程度对核桃壳焦孔隙及微晶结构的影响,并使用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)对核桃壳焦及其原料的燃烧特性进行了分析。结果表明,合适的炭化程度(焦炭挥发分含量为6%-15%)使焦炭内乱层石墨变得无序,碳质微晶结构中缺陷增多,导致焦炭内孔隙结构相对发达;热解温度为500℃时,核桃壳焦的比表面积最大,为374.60 m~2/g;热解温度为600℃时,核桃壳焦的燃烧特性最优,其燃烧特性指数为7.16×10~6;合适的炭化程度可使焦炭内的挥发分含量减少,从而使得核桃壳焦的高位热值升高,且由于相对发达的孔隙使焦炭在燃烧时与空气的接触面积增大,导致焦炭的燃烧速率加快。     

镶嵌结构沥青焦的制备与表征:重相沥青中QI含量的影响

镶嵌结构沥青焦作为一种特种人造炭材料,是制备高品质各向同性石墨和核石墨的重要原料。镶嵌结构沥青焦的性质在很大程度上决定了其石墨制品的质量。为进一步明确重相沥青中QI含量对其镶嵌结构沥青焦的结构及性质的影响,本研究以九种QI含量迥异的重相沥青为原料,制备了系列镶嵌结构沥青焦。利用偏光显微镜、扫描电镜、XRD、Raman光谱及分峰拟合的方法对镶嵌结构焦的微观结构进行了判定,并对九种镶嵌结构沥青焦的显微强度进行了研究。结果表明,重相沥青中QI含量越高,在液相炭化过程中越有利于镶嵌结构的生成。并且,随着重相沥青QI含量的增加,镶嵌结构沥青焦中趋于规整炭微晶含量逐渐降低,无定型炭含量逐渐增加,强度越大。当重相沥青中QI含量超过7%时,制备的镶嵌结构沥青焦中镶嵌结构总含量(细粒镶嵌、中粒镶嵌和粗粒镶嵌)超过82%,显微强度超过85%。换言之,QI含量超过7%的重相沥青是生产优质镶嵌结构沥青焦的优选原料。     

煤系针状焦生产过程中同一生焦周期内焦炭微观结构差异性分析

以煤系针状焦生产过程同一生焦周期内八种不同进料时间的混合油为研究对象。采用偏光显微镜定量分析混合油制备针状焦的光学组织结构;扫描电镜(SEM)观察针状焦的形貌;XRD、Raman光谱分析针状焦的微晶结构等手段。研究不同进料时间的混合油转化为针状焦后的质量差异。结果表明,混合油热转化后生焦的收率高于理论计算的收率,说明重油参与了热转化反应。并且形成了以流线型为主的光学组织结构的生焦。生焦煅烧后形成针状焦光学组织结构中含有纤维结构最多的是样品MO-8";其次是MO-16",总纤维含量最少的是样品MO-32"。SEM进一步证明了MO-8"的片层数量更多且取向更规整。针状焦的XRD谱图分析表明,针状焦中的微晶结构参数(层间距d002,片层含量N以及每一层中碳原子数n)非常接近。但是趋于规整的石墨微晶含量(I_g)却存在明显的差异,其中MO-8"含量最高;其次是MO-4",含量最少的是样品MO-32"。Raman光谱分析结果进一步证实了针状焦的基础微观结构相近。其根本原因在于针状焦的基础微观结构由混合油中的精制沥青决定的,但是由于重油在系统内不断循环改变了成焦的环境,造成了针状焦微观结构的差异。因此,煤系针状焦生产中,生焦周期不易超过32 h,否则将严重影响针状焦的微观结构。     

两种T700碳纤维的微观结构与性能研究

采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对国产JHT45-T700和日本东丽T700两种碳纤维的硬度相对大小、表面和断面形貌、石墨化程度和微晶结构进行了表征,分析了其中的差异。结果表明,东丽T700微区硬度大于国产JHT45-T700;国产JHT45-T700表面存在大量沟槽,而东丽T700表面光滑。因此,国产JHT45-T700与树脂基体的浸润性优于东丽T700。Raman与XRD分析表明,东丽T700石墨化程度、微晶尺寸和结构的有序程度均高于国产JHT45-T700;TEM显示,东丽T700晶格条纹比国产JHT45-T700更规整些,晶相较多,石墨微晶发育相对更完善。     

石墨烯薄膜的制备和结构表征

采用氧化还原法制备了石墨烯胶状悬浮液, 通过真空抽滤获得了石墨烯薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼(Raman)光谱、粒度分析和扫描探针显微镜(SPM)等研究了石墨烯薄膜制备过程中各阶段产物的晶体结构、粒度及分子光谱特征变化. FTIR分析结果表明, 石墨在氧化过程中结构层键合大量含氧官能团, 还原后结构层表面仍残存有部分稳定的含氧官能团. XRD结果表明, 石墨氧化后衍射峰向小角度偏移、宽化, 原有石墨峰消失. 在成膜过程中氧化石墨烯形成凝聚体,而石墨烯形成絮凝体. 粒度分析和SPM测试分析结果表明, 氧化石墨烯在水中粒径分布呈拖尾峰形, 分布范围较宽. 石墨烯在水中的粒径成单峰分布, 分布范围较窄、对称性较好且平均粒径较小. Raman测试结果表明, 石墨在氧化和还原过程中, D、G峰逐渐宽化, I_D/I_G逐渐增强, 样品无序度增加. 在以上分析的基础上对石墨烯制备过程的结构特征进行了归纳总结.     

煤基石墨的Raman光谱研究

对我国湖南省鲁塘地区煤基石墨系列样品的Raman光谱分析和研究表明,所有煤基石墨的一级Raman光谱都存在石墨固有的层内振动谱峰E_(2g),其频移位于1585cm~(-1)附近;层内振动的缺陷谱峰,即D峰有二种,一是由原生结构缺陷引起的D_2峰,其频移位于1360cm~(-1),另一是由次生结构缺陷引起的D_1峰,其频移位于1370cm~(-1);煤基石墨的二级Raman光谱反映它的三维晶格完善程度。     

高强高模型碳纤维与高模型碳纤维微观结构分析

利用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、元素分析(EA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和小角X射线散射(SAXS)表征和分析了高强高模型碳纤维和高模型碳纤维的微观结构和化学组成.结果表明,高强高模型碳纤维的石墨微晶晶粒尺寸细小,组成微晶的石墨片层间距较大,片层间和片层边缘保留了非共轭碳构成的晶体缺陷,石墨化程度较低,微晶间缝隙较小,分布均匀,路径曲折;高模型碳纤维具有更加完善的石墨微晶结构,石墨化程度较高,微晶尺寸更大,组成微晶的石墨层堆砌整齐有序,非碳元素较少,共轭态碳明显增多,但其微晶间裂纹和孔隙结构也较大.高强高模型碳纤维因具有多层次的微观结构和缺陷,相比高模型碳纤维,有更多的应力扩散和能量存储及耗散路径,是其拉伸应变和强度保持的关键所在.     

氧化石墨的谱学表征及分析

采用改进的Hummers法,通过改变氧化剂用量获得不同氧化程度的氧化石墨,用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对产物进行结构和谱学特性的表征,并结合数学分析软件对部分红外和拉曼数据进行分峰拟合。结果表明,石墨经氧化后形成了含有C-OH、-COOH和C-O-C等官能团的石墨层间化合物;氧化剂用量较少时,石墨片层插层氧化不完全,产物的结构中仍存在未被氧化的原石墨周期性结构;随着氧化剂用量的增加,氧化石墨产物的XRD图中原石墨(002)衍射峰逐渐消失,结构中含氧官能团的量逐渐增加,产物的亲水性也逐渐增强;通过对红外光谱的拟合发现,氧化石墨样品在3 198 cm^-1附近有一个红外吸收峰,应归属于C-OH中OH的伸缩振动;随着氧化剂用量的增加,所得氧化石墨产物的拉曼光谱中D峰与G峰的强度积分比R(I_D/I_G)逐渐增大,产物结构中sp²平面域的平均尺寸逐渐减小。     

煤与废塑料共焦化基础研究Ⅳ. 煤种的影响

运用常压固定床及偏光显微镜研究了废塑料对不同煤种焦化产品分布的影响及焦炭光学性质的变化。实验结果表明：添加废塑料对不同煤种的焦化产物分布的影响各异,只有焦煤在添加废塑料后焦碳的光学织构得到改善;添加５％的混合废塑料与炼焦配煤共焦化有利于提高品的分布并能改善焦炭的光学织构;贫煤与沥青及废塑料三者的共焦化实验表明,沥青仅起到把不同的煤颗粒粘结在一起的作用。     

用光学显微术和X-射线衍射法研究焦炭结构

用X-射线衍射测定了具有各种不同光学组织(从各向同性到直径大于60μm 的广域)的24种焦炭。研究了光学组织指数(OTI)与微晶高度和面间距之间的关系。对于光学组织中大于中粒锒嵌(1.5—5.0μm)的焦炭,其OTI 值随X-射线衍射指数的变化很小。对于光学组织中结构很小的焦炭,则微晶高度急剧下降和面间距增加。这些结果可以解释为当生成中粒锒嵌焦炭时,流动中间相融并,消除了缺陷。而光学组织尺寸较小的焦炭则是未经融并,因此缺陷残存于焦炭中,从而降低了结晶化程度。     

快速热处理石油焦与煤的微观结构变化及气化活性分析

为了研究在接近工业气化条件下石油焦和煤的结构和气化活性变化规律的差异,在滴管炉装置内,800~1 400℃对两种石油焦和一种烟煤进行快速热处理。用比表面积孔隙分析仪、XRD分析仪考察快速热处理对石油焦和煤的孔隙结构、碳微晶结构的影响,用热重分析仪考察不同温度快速热处理后石油焦和煤的CO₂气化活性。结果表明,石油焦与煤相比,孔隙结构主要由微孔组成,随快速热处理温度的升高,石油焦和煤微孔比表面积和孔容均先增大后逐渐减小;快速热处理降低了石油焦和煤的石墨化程度,石油焦碳微晶结构变化主要表现在堆垛高度的变化,而煤的碳微晶结构变化在衍射峰对应的2θ₀₀₂值、晶面间距和堆垛高度上均有体现;石油焦和煤的气化活性随快速热处理温度升高的变化趋势不同,但均与碳微晶结构参数(石墨化程度)的变化紧密相关。     

塑料裂解碳的反应活性及结构分析

对2种无氯塑料裂解残碳的反应活性进行测试,结果表明,塑料裂解残碳的反应活性要强于焦炭.分形理论分析结果表明塑料裂解碳的孔隙率大、比表面大,这有利于气固相反应的进行.     

基于炼焦煤族组成和结构参数的焦炭质量预测模型及其成焦机理

以五种炼焦煤和44组配合煤为研究对象,在40 kg小焦炉环境下完成煤杯炼焦实验,以煤全组分分离所获得的煤重质组、密中质组和疏中质组收率Y_(HC)、Y_(DMC)、Y_(LMC)及反映煤中氢键缔合情况和脂肪链长短或支链化程度的红外光谱参数I3、I4为主要指标,通过BP神经网络分析方法建立了焦炭质量预测模型,并讨论了模型的特点,分析了新模型下的成焦机理。结果表明,使用新的煤组成结构参数预测焦炭质量具有一定优势,成焦率(CR)、显微强度(MSI)、粒焦反应性(PRI)和反应后强度(PSR)的预测值和实测值有较好一致性,对y=x的拟合相关系数分别达到0.986、0.982、0.956和0.926。模型对CR、MSI和PRI的预测效果较好,九个预测样本的平均偏差分别为0.53%、1.58%和1.28%;但对反应后强度PSR预测效果较差,平均偏差在12.22%。研究结果为建立炼焦配煤新方法提供了良好基础。     

焦炭的微晶结构及其对反应性的影响

采用高分辨率透射电镜-数字图像分析技术HRTEM-DI研究了焦炭微晶结构。焦炭微晶结构参数中的长度、曲率和倾角,可分别用来表达焦炭微晶大小、微晶片层的有序度和微晶堆砌有序度。提出的表征焦炭微晶大小和有序度的结晶指数,能够很好地反映焦炭微晶结晶程度对反应性的影响。     

Influence of laminar flow on preorientation of coal tar pitch structural units: Raman microspectroscopic study

In order to estimate the role of laminar flow of viscous, aromatic matter of carbonaceous precursor on microtextural preorientation in pregraphitization stage, we performed experiments with coal tar pitch (CTP). The principal hypothesis of preorientation of basic structural units (BSUs) in the case of laminar flow (pressure impregnation of CTP into porous matrix) and secondary release of volatiles during carbonization were studied. Glass microplates, planar porous medium with average distance between single microplates 5 microm were used as suitable porous matrix. Samples of CTP were carbonized up to 2500 degrees C. Optical microscopy reveals large flow domains in the sample of cokes carbonized between glass microplates. Raman microspectroscopy and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) show that at nanometric scale, the samples do not support the proposed hypotheses. With increasing temperature of pyrolysis, the graphitization of CTP impregnated into porous matrix proceeds to lower degree of structural ordering in comparison with single pyrolyzed CTP. This is explained by the release of volatile matter during carbonization in geometrically restricted spaces. More evident structural changes were discovered with the sample of single coke, where parts of fine grain mosaics, relicts of 'so called QI parts', reveal higher structural organization, in comparison with large and prolonged flow domains, similar to flow domains of cokes from microplates.     

神府烟煤水煤浆快速热解焦结构演化及其反应性的研究

利用高频热解装置对神府烟煤水煤浆及其原煤进行了600~1 200 ℃条件下的快速热解实验,考察了两者快速热解后的煤焦产率、焦-C产率随热解温度的变化规律.利用XRD、氮气气体吸附法、SEM等测试手段对比分析了水煤浆及煤粉热解后煤焦的微晶结构、孔隙特征及表观结构;在热重分析仪上进行CO₂气化反应活性的测定,对比了水煤浆和煤粉热解后煤焦的气化活性.实验表明,随着热解温度的升高,水煤浆和煤粉的热解焦产率、焦-C产率均逐渐降低,热解温度低于900 ℃时,两者热解焦产率、焦-C产率趋于一致,热解温度高于900 ℃时,水煤浆热解焦产率和焦-C产率明显低于煤粉热解焦;高温热解条件下,水煤浆热解焦的微晶有序化程度比煤粉热解焦略高,比表面积明显高于煤粉热解焦,水煤浆热解焦的气化活性优于煤粉热解焦.     

Thermal analysis and kinetic study of Petro?ani bituminous coal from Romania in comparison with a sample of Ural bituminous coal

Solid fuels represent one of the most used sources of energy in many countries. In terms of ranking for the coal deposits, Romania occupies the 26th place in the world, and the 11th place in Europe, with reserves of 22 million tones of bituminous coal (BC) and 472 million tones of lignite. The National Bituminous Coal Company extracts the most significant amount of BC from the Jiu Valley area, a Subcharpatian basin in the Parang Mountains. In the present article, the BC extracted from the Livezeni depth mine next to Petro?ani city is investigated from the microstructural, thermal, and kinetic point of view, in comparison with a sample from Ural Mountains in Russia. Scanning electron microscopy, FTIR spectroscopy, and thermal analysis (TG/DSC/DTA in air and inert atmosphere) measurements were performed. The KAS isoconversional kinetic method was applied for the in-depth understanding of thermal decompositions and burning processes that occur. Even if the thermal behavior of the two samples is generally similar, the non-isothermal kinetic study revealed important differences in the pathways of the oxidative decomposition of volatiles and formation of coke. Also, the kinetics of coke burning depends only on the amount of fix carbon, regardless of the provenience of BC.     

煤灰对玉米秸秆焦气化过程中固钾及其灰熔融性的研究

在管式炉中,研究了煤灰对玉米秸秆焦在不同气化条件下钾的固留率和灰渣熔融性的影响。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及灰熔点测定仪等检测表征手段对气化灰渣中的钾元素含量、矿物质组成以及其熔融点进行了分析。实验以高岭土为参考,研究发现,煤灰如同高岭土具有一定的固钾能力,且随着添加量的增加钾固留率呈现增加的趋势,同时灰渣熔点也得到了提升。灰渣产物的XRD组成分析表明,挥发至气相中的钾以及灰渣中以熔融态存在的钾盐与煤灰中的硅铝化合物反应生成了高熔点的KAlSi_3O_8、KAlSi_2O_6和KAlSiO_4,从而达到固钾的效果并提升了灰渣的熔点。     

煤系针状焦煅烧过程中焦炭微晶结构的演变规律

以煤系针状焦的生焦为原料,在2和5℃/min的升温速率下进行煅烧,采用FT-IR、XRD、Raman光谱等分析手段研究煅烧过程中针状焦微晶结构的演变规律。结果表明,随着煅烧温度的升高,针状焦中碳微晶的直径L_a、炭微晶的高度L_c、晶体中的片层含量N以及每层中平均碳原子数n、趋于规整的石墨微晶含量I_g逐渐升高。但是受挥发分逸出和生焦收缩的影响,L_c出现了明显的"拐点"。新增片层与原有片层间存在的随机"层错",导致层间距d₀₀₂的波动。相同温度下升温速率越快,晶格尺寸越小,片层含量N及每层平均碳原子数n越少,L_c出现"拐点"的温度越靠后。理想石墨微晶含量（I_G/I_all）随温度的升高逐渐增加;而具有缺陷的石墨微晶间在煅烧过程中不断相互转化,最终发育为理想石墨微晶。碳网平面上C-C键平均键长α则随着煅烧温度的升高明显增加。