化学法改性煤沥青脱除苯并芘的研究

在管式反应器中采用苯甲酸、聚乙二醇、固体古马隆树脂（S）、液体古马隆树脂（L）为添加剂来降低煤沥青中有害物质苯并芘的含量，以期使得煤沥青可绿色化应用。采用紫外-可见分光光度计分析煤沥青中苯并芘含量。考察了反应温度、反应时间、添加剂添加量、催化剂等工艺条件对添加剂脱除煤沥青中苯并芘的影响。结果表明，不同工艺条件能降低煤沥青中苯并芘的含量。在优化条件下，不同添加剂对苯并芘脱除率由高到低依次为：液体古马隆树脂、聚乙二醇、苯甲酸和固体古马隆树脂。分析其反应机理，这与催化剂的酸性相关，发生亲电取代反应。结果表明，液体古马隆树脂（L）在催化剂存在下对煤沥青中苯并芘脱除率可达73.0%，显示了良好的应用前景。     

自由基浓度测定方法的再验证及其在煤化学中应用

对前人建立的标准曲线法测煤中自由基浓度进行优化,以DPPH标准样品和基准样品的二次积分面积比值为新参数,结果显示新参数标准曲线法的实测值与理论值相对误差都在5%以内;重复性、复现性实验的相对标准偏差都小于3%。将新参数标准曲线法用于分析不同煤化程度煤和新疆黑山煤(HS)沥青质的自由基浓度,发现随着煤化程度增加,其煤中自由基浓度逐渐增大,从低阶褐煤的8.531×10~(17)/g上升到高阶无烟煤3.37899×10~(19)/g;而在HS煤液化过程中,随着加氢液化温度的升高,其沥青质自由基浓度逐渐下降,从290℃的1.5793×10~(18)/g降到450℃的7.410×10~(17)/g,沥青质自由基浓度变化趋势与其产率变化趋势相一致。     

基于临氢热解反应研究石油沥青质中镍和钒化合物的存在形态

本研究通过临氢热解方法处理委内瑞拉减压渣油沥青质,通过电感偶合等离子体质谱仪（ICP MS）、紫外-可见光光谱仪（UV-vis）、高温气相色谱-原子发射检测器联用仪（HT GC-AED）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等手段分析表征反应产物,探究沥青质的分子组成与结构,以及镍和钒化合物的存在形态。实验结果表明,随着临氢热解反应温度从330℃升高至410℃,反应产物的甲苯可溶物收率由64%下降至19%,可被GC-AED检测到的镍、钒化合物的含量大幅度升高,镍和钒卟啉的分子组成分布也随反应温度的升高呈现出规律性的变化。     

氮氧共掺杂多孔炭的制备及其锌离子混合超级电容器性能研究

本研究以价格低廉、来源广泛的煤沥青作为炭前驱体、尿素作为氮源和模板、氢氧化钠作为活化剂,通过结合模板法与化学活化法成功制备了具有纳米片状结构的氮氧共掺杂的多孔炭材料。多孔炭电极在0.05 A/g时最大比容量高达255.5 m A·h/g,在电流密度为1 A/g时,放电比容量达到78 m A·h/g。经过12000次循环,容量保持率仍有72.4%,并且能量密度最高达到99.6 W·h/kg,展现出作为正极材料的巨大潜力。以煤沥青为原料制备的氮氧共掺杂多孔炭材料作为锌离子混合超级电容器的正极材料表现出了优异的电化学性能。     

环烷酸对油水界面膜流变性质的影响研究

研究了环烷酸对油水界面膜界面张力、弹性模量、损耗模量以及界面膜破裂速率常数的影响,同时对环烷酸与沥青质之间的相互作用进行了测定。结果表明,环烷酸使得原油油水界面张力下降;弹性模量随着环烷酸加量以及振荡频率的增加都分别逐渐增大,并且最终都趋于平衡;在任何振荡频率值时,损耗模量都随着环烷酸加量先增大后减小;当环烷酸加量增加时,界面膜破裂速率常数降低。环烷酸与沥青质之间存在相互作用,随着环烷酸加量的增加,其对沥青质界面膜弹性模量的影响与对原油界面膜弹性模量的影响相似,表明环烷酸主要是通过与沥青质相互作用而促进乳状液稳定性的。     

渤海稠油及其组分中杂原子化合物的负离子电喷雾-高分辨质谱分析

采用沉淀法和色谱分离法将渤海某油田稠油分离成沥青质、胶质、剩余分3个组分。采用负离子电喷雾技术(ESI)结合高分辨傅立叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)研究了该稠油及各组分的分子组成。结果表明,剩余分中有较少的极性杂原子化合物能被负离子ESI电离,如N_1,N_1O_1,O_1和O_2类,其等效双键数(DBE)较小。胶质和原油中极性化合物有相同的杂原子类型,包括N_1,N_1O_1,N_1O_2,N_2,N_2O_2S_1,O_1,O_2,其中胶质和原油中N_1,O_1,O_2类化合物的DBE-碳数分布图相似。沥青质中富集高缩合度且多杂原子的酸性化合物,如含杂原子N_,S的氧化程度高的化合物(N_2O_1,N_1O_3,S_1O_3)及O_3类化合物,这些物质具有较高的界面活性,易吸附在界面上促进界面张力降低和增强界面膜强度,从而有利于乳状液稳定存在。N_1O_1,N_1O_2,N_1O_3类化合物,N_2O_1类化合物可能分别是N_1化合物,N_2化合物的氧化降解产物;随着氧化降解程度增加,降解产物的极性明显增强。     

中温沥青族组成分析及其对中间相沥青结构的影响

以甲苯-吡啶、正庚烷-四氢呋喃为溶剂,采用索氏抽提分离中温沥青（ZCTP）的族组分并解析其组成与结构。结果表明,与ZCTP相比,甲苯不溶-吡啶可溶物（TI-PS）和正庚烷不溶-四氢呋喃可溶物（HI-THFS）的热稳定性更高,残炭率增至56.95%和47.63%,失重量分别减小41.51%和28.85%;此外,TI-PS和HI-THFS的C=C含量分别比ZCTP高6.69%和3.26%,为75.57%和73.14%,吡啶氮含量分别提升约16和8个百分点。以TI-PS和HI-THFS为原料分别制得中间相沥青M-TI-PS和M-HI-THFS。其中,M-HI-THFS以中小区域型为主,并伴有部分细镶嵌结构,光学各向异性含量较低;M-TIPS光学各向异性含量约为80%,且形成了广域型光学织构;然而ZCTP难以形成稳定的区域型光学织构,只能形成马赛克型光学织构。     

沥青混凝土面板低温疲劳破坏的实验研究

我国北方地区的土石坝和水池的防渗沥青混凝土面板,常出现低温裂缝。因此,对沥青混凝土在低温条件下的温度应力疲劳进行实验研究很有必要.本项研究研制了适用于沥青混凝土低温低周大变形的弯曲疲劳试验机,进行了沥青混凝土在不同低温下的疲劳破坏性能试验。对试验结果用粘弹性理论和推广的应变区分法(SRP)和应变能区分法(SEP)进行了分析,首次得出了沥青混凝土的疲劳寿命与弯曲应力、应变和应变能的关系,并试用于实际工程的予测.     

基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展

土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。     

不同细料含量土石混合料塑性行为离散元模拟

土石混合料是指由大粒径的块石和作为填充成分的细粒土组成的二元混合料, 其塑性行为与细料含量密切相关. 目前对细粒含量如何影响土石混合料塑性行为及其细观机制的研究尚不充分, 为此本文开展了不同细料含量土石混合料的二维离散元数值模拟, 基于二阶功失稳准则与细观力学理论, 探究了细料含量对石料骨架土石混合料失稳特性与非关联流动特性的影响, 并揭示了细料含量影响土石混合料塑性力学行为的细观机制. 研究结果表明, 细颗粒可通过限制集合体塑性变形从而起到促进集合体整体稳定的作用; 细颗粒控制颗粒集合体塑性变形的方向(即塑性势面法方向), 随着细料含量增大, 土石混合料的塑性势面法方向和屈服面法方向之间的夹角减小, 非关联流动性减弱, 材料分岔失稳区域变窄; 尽管加入到石颗粒中的部分细颗粒与石颗粒共同承担骨架作用, 但是细颗粒的加入不影响颗粒集合体的力学状态, 不改变材料屈服面法方向. 相关研究结果可为建立考虑细料含量的土石混合料弹塑性本构模型提供理论依据.