中空碳纳米球的制备及VOCs吸附性能

首先, 在碱性条件下, 不使用表面活性剂, 采用St?ber小球法以正硅酸四乙酯(TEOS)和正硅酸四丙酯(TPOS)为硅源, 生成初级氧化硅球形颗粒; 然后, 使酚醛树脂(间苯二酚和甲醛)与球形氧化硅的羟基共缩合形成酚醛树脂-氧化硅复合材料; 最后, 经高温碳化和酸蚀获得了空心碳纳米球(HCNSs). 通过调节TEOS/TPOS的摩尔比获得了一系列具有良好的单分散性且粒径、 壁厚可调节的HCNSs, 其粒径和壁厚分别在280~430 nm和15~63 nm的范围内. 仅以TPOS为硅源时合成的HCNS-0/4具有较大的粒径(426 nm)和壁厚(63 nm)、 较高的比表面积(1216 m²/g)和孔容(0.508 cm³/g), 并且具有较大的挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能, 其正己烷、 甲苯和油气的静态吸附容量分别为2.02, 1.42和0.926 g/g, 正己烷和甲苯的动态吸附容量分别为2.01 g/g和1.37 g/g, 均远高于商业化活性炭.     

浓凝胶转换法制备纳米SAPO-34及其CH4/N2吸附分离性能研究

通过浓凝胶转换法合成了一种厚度约为50 nm, 大小约为200 nm的纳米片状SAPO-34分子筛, 经XRD, SEM, ICP和氮气(77 K)吸附-脱附等方法对其进行了表征, 结果显示, 相比于微米级立方体形的SAPO-34 (2 μm), 本文合成的纳米片状SAPO-34表现出更高的比表面积(818.68 m²/g)和孔容(0.57 cm³/g). 比表面和孔容积的增大使其气体吸附容量得到较大的提升, 其中CH₄的吸附容量达到25.74 cm³/g, 提升了60%, 高于绝大多数分子筛吸附剂, 同时CH₄/N₂的吸附选择性未出现明显下降(3.1), 且达到商用吸附剂水平(＞3.0). 通过CH₄/N₂(体积比1∶1, 298 K)混合气体穿透测试证明所合成的纳米SAPO-34是一种有效的CH₄/N₂分离吸附剂, 在煤层气富集脱氮工业中具有极大的应用潜力.     

萘基相互连接的多孔碳纳米囊的制备及超电容性能

以萘为碳源, 采用MgO模板诱导耦合KOH裁剪技术制备了相互连接的多孔碳纳米囊(ICNC). 结果表明所制备的ICNC₂具有大的比表面积(1811 m²/g)、 高的压实密度(1.38 g/cm³)和微孔孔容含量(58.93%). 在对称的超级电容器(SC)中, ICNC₂电极的体积比容在不同电流密度下分别高达420.8 F/cm³(0.069 A/cm³)和315 F/cm³(27.6 A/cm³), 容量保持率为74.82%. 在38 W/L功率密度下, ICNC₂基SC的体积能量密度为14.6 W?h/L. 经过20000次循环后, 其体积比容仅衰减1.4%, 库伦效率为99.1%, 为从萘基小分子制备储能用功能碳材料提供了一种可行的方法.     

富氮多级孔炭材料的制备及其吸附分离CO2的性能

使用新型含氮聚合物席夫碱为炭源, SBA-15为模板,通过纳米铸型法原位合成微孔-中孔-大孔串联的多级孔富氮炭材料.材料的比表面积为752 m²·g^-1,孔容0.79 cm³·g^-1; X光电子能谱分析表明炭材料中的氮含量高达7.85%(w).将所制备的多孔炭材料应用于CO₂的吸附分离,发现炭材料的微孔发挥主导作用,表面氮掺杂发挥辅助作用.在两者的协同作用下, CO₂吸附量在常压、273 K下可达97 cm³·g^-1, CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离比(摩尔比)分别为7.0和3.2,低压亨利吸附选择性分别为23.3和4.2.采用Toth模型对单组分平衡吸附进行拟合,并根据理想溶液吸附理论(IAST)预测双组分CO₂/N₂和CO₂/CH₄混合气体的分离选择性分别为40和18.     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及催化噻吩烷基化性能研究

用不同浓度的Na₂CO₃溶液处理ZSM-5分子筛,采用XRD、XRF、SEM、N₂吸附脱附及NH₃-TPD方法对处理前后的ZSM-5分子筛进行表征,并考察了Na₂CO₃溶液处理对ZSM-5分子筛孔结构、酸性以及噻吩烷基化性能的影响。结果表明,Na₂CO₃溶液处理在保持ZSM-5分子筛微孔骨架结构的同时,增加了ZSM-5分子筛的比表面积、外表面积和介孔体积,并调变了酸性。Na₂CO₃溶液处理提高了ZSM-5分子筛催化剂的噻吩烷基化活性和噻吩选择性。一定反应条件下,随着Na₂CO₃溶液浓度增加,多级孔ZSM-5分子筛的噻吩烷基化性能逐渐提高,而噻吩选择性先增加后下降。当Na₂CO₃溶液浓度为2 mol/L时,分子筛的噻吩转化率和噻吩选择性分别为81.26 %和73.15%。当Na₂CO₃溶液浓度为3 mol/L时,噻吩转化率和选择性分别为90.57 %和72.59%。     

赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3负极材料的制备及储锂性能

采用金属硝酸盐为金属源, NaOH和Na₂CO₃为沉淀剂, 利用共沉淀法制备了La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料, 研究了粉体的微观结构和电化学性能, 并与传统的LaCoO₃的电化学性能进行了比较. 通过扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)和N₂吸附-脱附测试对其进行了表征, 结果表明, 所制备的 La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物为钙钛矿结构, 形貌为球状, 且各组成元素分布均匀, 比表面积(19.83 m²/g)较高. 储锂性能研究表明, La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料具有较高比容量、 优异的倍率性能和循环稳定性, 在200 mA/g的电流密度下, 其首次放电比容量为855.8 mA·h/g, 循环150次后, 比容量增加到771.8 mA·h/g, 远高于理论比容量(331.6 mA·h/g); 在3000 mA/g的高电流密度下循环500次后, 其仍能保持320 mA·h/g的可逆比容量, 接近其理论比容量, 容量保持率高达95.1%. La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物储锂性能的大幅度提高, 主要归因于熵稳定的晶体结构和多主元协同效应, 使其具有较大的锂离子扩散系数(11.2×10^-18 cm²/s)和较高的赝电容贡献.     

痕量K元素对煤基碳材料NOx低温吸附功能的影响机理

本研究选取准东煤为碳材料前驱体，以水热耦合痕量K元素的方法对其进行活化。通过实验探究K质量浓度对碳吸附性能的影响，同时系统研究了材料的NO_x低温吸附性能。实验结果表明，活化液中K₂CO₃质量浓度为0.0067g/mL时，所制得的样品对NO_x的吸附性能较好，其饱和NO_x吸附时间为3200 s。通过低温N₂物理吸附研究发现，该质量浓度下样品的孔结构发展较好，比表面积达到708.6 m²/g。此外，本研究通过XPS、SEM等手段对不同质量浓度K₂CO₃活化的碳基材料进行了物化表征，并对不同质量浓度K₂CO₃活化制备的样品进行了表面性质分析，通过FT-IR对样品表面的吸附过程进行研究，发现准东煤基碳材料优良的吸附性能与表面结构相关，研究中采用DFT手段对反应机理进行验证，结果表明，K可促进C-O键的形成，而活性C-O结构是促进NO_x吸...     

炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以烟杆为原料, 氢氧化钾为活化剂, 通过调节炭化温度(500～800 ℃温度范围)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料. N₂吸附测试表明随着炭化温度降低, 活性炭的比表面积和总孔容先增大后减小, 中孔比表面积和平均孔径却一直增大. 其中600 ℃炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3333 m²•g^－1, 总孔容为2.47 cm³• g^－1, 中孔孔容达2.11 cm³•g^－1的高中孔率高比表面积活性炭材料. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: 炭化温度不同的烟杆基活性炭电极均表现出良好的功率特性, 充放电流增大50倍, 容量保持率均在80%左右, 其中TS-AC-600活性炭电极在有机电解液中1 mA•cm^－2充放电时, 比电容达到190 F•g^－1. 较高的中孔率和较大的平均孔径使得烟杆基活性炭电极具有良好的高倍率充放电性能.     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl₂为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl₂活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1 032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75...     

杂原子介孔Ce-MCM-41分子筛的制备及其吸附脱除甲硫醚性能

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,硝酸铈为铈源,采用水热法合成了杂原子介孔分子筛Ce-MCM-41。XRD和FT-IR表征结果表明,当加入的Ce/Si物质的量比小于0.04时合成了规整有序的介孔结构,并将Ce原子引入到MCM-41骨架中。N₂吸附-脱附测试获得MCM-41和Ce-MCM-41(Ce/Si物质的量比为0.04)的平均孔径分别为2.82和2.46 nm,孔容分别为0.762 1和 0.689 4 m³/g,BET比表面积分别为986.42和756.8 m²/g。NH₃-TPD表征结果表明,Ce-MCM-41的酸性要明显强于MCM-41,但两种分子筛的酸性均较弱。利用合成的MCM-41和Ce-MCM-41吸附脱除甲硫醚浓度为58 μg(甲硫醚)/g的甲硫醚/氮气混合气中的甲硫醚。甲硫醚分子尺寸的模拟结果为0.464 8 nm,可以很容易地进入分子筛的介孔孔道中。由于Ce-MCM-41分子筛具有较多的酸量,其硫吸附容量7.52 mg(S)/g明显高于MCM-41的4.57 mg(S)/g。MCM-41和Ce-MCM-41都具有较好的再生性能,再生3次后硫吸附容量仍可恢复到初始容量的80%,分别为3.52和 5.86 mg(S)/g。     

原位限域生长策略制备有序介孔碳负载的超小MoO3纳米颗粒

采用原位限域生长策略制备了一系列有序介孔碳负载的超小MoO₃纳米颗粒复合物(OMC-US-MoO₃). 其中, 有序介孔碳被用作基质来原位限域MoO₃纳米晶的生长. 依此方法制备的MoO₃纳米晶具有超小的晶粒尺寸(<5 nm), 并在介孔碳骨架内具有良好的分散度. 制得的OMC-US-MoO₃复合物具有可调的比表面积(428~796 m²/g)、 孔容(0.27~0.62 cm³/g)、 MoO₃质量分数(4%~27%)和孔径(4.6~5.7 nm). 当MoO₃纳米晶的质量分数为7%时, 所得样品OMC-US-MoO₃-7具有最大的孔径、 最小的孔壁厚度和最规整的介观结构. 该样品作为催化剂时, 表现出优异的环辛烯选择性氧化性能.     

工业原料制备大孔拟薄水铝石及在异佛尔酮选择性加氢中的应用

以废催化裂化催化剂处理生产的工业级硫酸铝与偏铝酸钠为原料制备拟薄水铝石,探究制备工艺、扩孔和改性等对拟薄水铝石晶型、孔结构、表面酸性以及形貌的影响。用自制的拟薄水铝石经过挤条、焙烧等过程制备相应的催化剂载体,负载Pd活性组分,研究改性Al2O3载体以及PdCl2和Pd(acac)2前驱体制备的Pd/Al₂O₃催化剂对异佛尔酮C==C选择性加氢反应的活性与选择性。通过优化反应条件得到了比表面积为413 m²/g,孔容为0.84 cm3/g,孔径为6.84 nm的拟薄水铝石。加入扩孔剂碳酸铵和硅酸钠后,拟薄水铝石的孔容分别增大至0.98和1.53 cm³/g,平均孔径分别增至7.70和12.34 nm。以碳酸铵扩孔得到的Al₂O₃为载体和以PdCl₂为前驱体制备得到的Pd/Al2O3催化剂对异佛尔酮C==C选择性加氢活性高,达到98.69%,3,3,5-三甲基环己酮选择性>99%,活性稳定性高。     

以短链季铵盐/脂肪酸盐为模板合成超微孔二氧化硅

超微孔材料具有1~2 nm的孔径,在分离、催化应用中有望展现出择形催化的能力。 寻找经济、简便的合成超微孔材料的表面活性剂体系是一项有意义的工作。 本研究以短链季铵盐(十烷基三甲基溴化铵,记为C₁₀TAB)和不同链长脂肪酸酸盐混合胶束为模板剂,硅酸钠为硅源,成功制备出高度有序超微孔SiO₂。 通过小角X射线衍射、N₂吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等技术手段对产品的结构和性能进行了表征。 结果表明,合成体系中脂肪酸盐碳链长、加入量、晶化温度等对产物孔道有序性有很大影响。 当选择正辛酸钠(SO)为助表面活性剂,当n(C₁₀TAB):n(Na₂SiO₃):n(SO):n(H₂O)=1:1.5:0.3:800,晶化温度为80 ℃时,可以得到高度有序超微孔SiO₂。 煅烧后样品比表面积为1300 m²/g,孔体积0.49 cm³/g,孔径分布在1.90 nm。     

高比表面积Cr2O3-α-AlF3催化剂的制备和应用

采用炭硬模板法制备了高比表面积Cr₂O₃-α-AIF₃催化剂.该催化剂的合成过程主要包括三步:（1）将一定浓度的蔗糖溶液浸渍到Cr₂O₃-γ-Al₂O₃中,然后经过热处理,使得蔗糖分解为炭;（2）将含炭的Cr₂O₃-γ-Al₂O₃固体在400℃用HF气体进行完全氟化;（3）在高温下利用燃烧法除去炭硬模板.对所制备的催化剂进行了X射线衍射（XRD）,氮气吸脱附曲线,氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）,透射电镜（TEM）,扫描电镜（SEM）和X射线能量散射（EDX）技术表征.结果表明,氟化过程对Cr₂O₃-α-AIF₃催化剂比表面积有重要影响,在最佳实验条件下,能够得到比表面积为115 m²·g^-1的催化剂.此催化剂对催化裂解二氟乙烷（HFC-152a）制备氟乙烯（VF）的催化活性明显高于直接氟化制备的Cr₂O₃-α-AIF₃催化剂,这是因为高比表面积的Cr₂O₃-α-AIF₃催化剂具有较大的酸量.     

Facile Synthesis of Mesoporous Si-containing γ-Al2O3Nanofiber with Enhanced Thermal Stability

Mesoporous γ-Al₂O₃ nanofiber was prepared via a simple reverse precipitation route using Si-containing Al(OH)₃ and HNO₃ as raw materials. The resultant Si-containing mesoporous γ-Al₂O₃ nanofiber exhibited high surface area of 320 m²/g, large pore volume of 1.17 cm³/g and large pore size of 10.5 nm. The introduction of Si element remarkably enhanced the thermal stability of mesoporous γ-Al₂O₃. The as-prepared nanofiber could maintain relative high surface area(110 m²/g) and pore volume(0.73 cm³/g) up to 1100 ℃. The effects of various experimental conditions, such as pH value, reaction temperature and aging temperature on the structural properties of the mesoporous γ-Al₂O₃ were also investigated.     

Synthesis of γ-Al2O3 with High Surface Area and Large Pore Volume by Reverse Precipitation-azeotropic Distillation Method

γ-Al₂O₃ with high surface area and large pore volume combined with high thermal stability was synthesized by a reverse precipitation-azeotropic distillation method. The effects of azeotropic distillation on the characteristics of γ-Al₂O₃ were studied by means of X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy, transmission electron microscopy(TEM) and N₂ adsorption-desorption. The results show that γ-Al₂O₃ dried by azeotropic distillation has excellent structure characteristics with a high surface area of 426 m²/g and a large pore volume of 2.56 cm³/g. After calcination at 1100℃, the surface area of γ-Al₂O₃ was still 92 m²/g with a large pore volume of 1.00 cm³/g, indicating the potential application in catalyst and petroleum industry.