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La、炭微晶的高度Lc、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Ig逐渐升高。但是受挥发分逸出和生焦收缩的影响,Lc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,Lc出现"拐点"的温度越靠后。理想石墨微晶含量(IG/Iall)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。     

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。     

低阶煤热萃取物与瘦煤共炭化焦炭的微观结构及显微强度研究

以众唯瘦煤作为主炼焦煤,大同长焰煤萃取物作为添加剂,进行共炭化处理制备坩埚焦。利用偏光显微镜法定量研究焦炭光学显微组分,获得焦炭的各向异性指数(DRAS);采用XRD及分峰拟合的方法研究了焦炭的微晶粒径(L_c)、芳香缩合度(I_a)、石墨化度(g);利用Raman光谱结合分峰拟合的方法研究了焦炭中理想石墨微晶含量(I_g)。对所得焦炭的光学显微组分进行定量分析发现:大同长焰煤热解萃取产物的添加对共炭化焦炭的光学显微组分有显著的影响,利用偏光显微镜法计算出焦炭的DRAS与XRD和Raman计算的焦炭微晶参数呈现很好一致性。并且,焦炭的显微强度与其微观结构关联性极大。     

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。     

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.     

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。     

重金属对重油热转化过程生焦特性的影响

以委内瑞拉减渣、辽河减渣、克拉玛依减渣三种劣质减压渣油为原料,在微型反应釜中进行反应,研究重金属等因素对重油热转化过程生焦特性的影响。结果表明,重油中重金属含量越高,其在热转化过程中的生焦诱导期越短。随着重金属总含量的增加,重油的生焦量明显增多,生成的焦颗粒也逐渐变大。延迟焦化产物分析结果进一步表明,重金属含量越高的重油,焦产率越高,导致液体产物收率下降。     

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。     

乙烯焦油窄馏分炭化性能研究

为研究乙烯焦油作为生产针状焦原料的可行性,以某炼厂乙烯焦油及对其蒸馏切割所得窄馏分油为研究对象,通过元素分析、红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、生焦诱导期测定及焦化进料热稳定性模拟等方法,对油样的基本性质、结构组成和热稳定性进行研究,并通过偏光显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)...     

升温速率对聚酰胺酸/聚丙烯腈基碳纤维结构的影响

采用聚酰胺酸/聚丙烯腈(PAA/PAN)为原材料制备共混前驱体,经热处理完成PAA的亚胺化和PAN的预氧化,再以一定的升温速率升温至1200℃,得到新型共混基碳纤维,采用SEM、Raman、XRD、EA等方法研究了不同的升温速率对PAA/PAN基碳纤维碳化结构的影响.结果表明,碳纤维表面沿纤维轴方向有少量的沟槽,这是湿法纺丝工艺造成的.1200℃的高温处理使碳元素富集,最终制得碳含量高于92%的碳纤维.随着碳化升温速率的增大,碳收率也在增大,最大碳收率达52.36%.碳纤维的石墨化程度和微晶尺寸随着碳化升温速率的提高均呈现先增大后减小的趋势,当升温速率为8 K/min时,所得纤维的碳化结构最为理想,微晶堆叠厚度达到1.445 nm,g(A_G/A_D)值达到0.52,此条件下,纤维的碳元素含量也达到了94.13%,电阻率最小.     

双相碳改性硅酸铁锂正极材料研究

以活化的天然石墨为碳源,采用固相辅助回流法成功合成了双相碳改性的Li2FeSiO4复合材料。采用XRD、SEM、HRTEM和Raman光谱分析了Li2FeSiO4/(C+G)复合材料的物相、形貌及其微观结构;并研究了活化石墨用量对Li2FeSiO4/(C+G)复合材料的电化学性能的影响。结果表明:活化石墨以石墨微晶和无定形碳的形态共存于Li2FeSiO4/(C+G)材料中,活化石墨用量为5%时所得样品的首次放电容量较高(170.3 mAh·g-1),循环50次后其容量保持率为88.7%,表现出了良好的电化学性能。     

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。     

神府煤热解的结构变化及煤焦加氢反应性研究

将煤加氢过程分解为原煤热解和焦加氢两个过程,在固定床反应器内研究了煤热解和焦加氢反应。采用红外气体分析仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪,分析研究了煤热解过程中气体组分含量与煤焦微观结构变化的相互关系以及煤焦微观结构对其加氢反应特性的影响。结果表明,热解温度对煤焦的微观结构和加氢反应性有较大影响,400-800℃,随着温度升高,煤焦拉曼分峰面积比A_(D1)/A_G、A_(D2)/A_G、A_(D3)/A_G、A_(D4)/A_G均上升,A_G/A_(All)减小。800-900℃,A_G/A_(All)增大,无序碳的相对含量增加,石墨化进程明显。煤焦的XRD分析与拉曼光谱分析结果一致。400-800℃,随着温度升高,煤焦中碳结构晶面间距d_(002)先增加后减小,堆垛高度L_(002)增加,晶面间距与堆垛高度比d_(002)/L_(002)减小,煤焦中石墨碳结构的含量增加。800-900℃,d_(002)减小,L_(002)明显增大。采用拉曼分峰比(aA_(D1/G)+bA_(D2/G)+cA_(D3)/G+dA_(D4/G))与加氢反应性特征参数τ_(0.5)进行线性拟合,得到代表碳微晶结构加氢反应性的拟合因子,且拟合因子越大,相应碳微晶的加氢反应性越好。     

XRD和Raman法评估热解气氛中H_2和CO对半焦化学结构的影响

采用XRD和Raman光谱分析方法研究了神木煤在热解主要温度区间(450-750℃)及在三种热解气氛(N_2、含H_2及含CO)下的化学结构演变规律,并比较了两种方法所获结构参数的相关性。结果表明,原煤在N_2气氛下热解制备的半焦,其炭微晶尺寸在横向上不断增长,纵向上层面间距逐渐增大,堆垛高度在650℃左右剧烈转变; Raman参数A_(D_1)/A_G增加,而A_G/A_(all)降低,表明半焦有序性结构比例降低。热解气氛中的H_2促进了炭微晶结构的纵向发展,提高了小分子基团的转化程度,使得半焦有序化程度升高。热解气氛中的CO对炭微晶结构参数影响小于H_2气氛,但在700℃以下,CO因析炭作用产生的致密炭颗粒包裹于半焦表面,导致半焦炭有序化程度提高。半焦的L_c与A_G/A_(all)及d_(002)与A_(D_1)/A_G之间存在一定相关性; L_a与A_(D_1)/A_G呈较好的正相关性。     

煤焦油的改质研究

以煤焦油为原料，通过在300℃空气氧化120min-480min和在430℃氮气热缩聚50min-270min，制备了一系列具有相近软化点的煤焦油沥青。原料煤焦油和改质沥青的化学结构通过了NMR、FT－IR、元素分析、软化点、族组成和偏光光学进行分析。在1．6MPa、480℃下将改质煤焦油沥青进行焦化，考察了焦收率和光学组织结构变化。结果表明空气氧化和氮气热缩聚可提高煤焦油沥青软化点、甲苯不溶物含量和焦收率，与氮气热缩聚沥青相比，相近软化点的空气氧化沥青具有较高的焦收率和O／C原子比。空气氧化煤焦油沥青成焦后各向异性光学结构单元尺寸随空气氧化时间增加而逐渐减小，而氮气热缩聚沥青成焦后均生成各向异性广域光学结构。     

煤沥青基中间相炭微球的电化学性能与微观结构

将煤焦油沥青基中间相炭微球(MCMB)在一定的工艺条件和不同最高热处理温度(HTT_max)下进行高温热处理,利用XRD和Raman光谱分析了不同HTT_max下MCMB试样的微观结构.借助恒电流充放电和粉末微电极循环伏安法考察了试样的宏观电化学性能,探讨了中间相炭微球宏观电化学性能与其微观结构间的联系.研究表明,随着HTT_max的升高,中间相炭微球从低温热解炭的结构特征向石墨晶体结构转变,材料的电化学贮锂机制相应地也从微孔贮锂向石墨层间嵌锂机制转变.MCMB特殊的弧状碳层走向使得石墨微晶的L_a值未能随HTT_max的升高而大幅度增长,这是高温热处理MCMB的宏观电化学性能随HTT_max的升高而不断提高的内在原因.     

磷化钼基催化剂的制备及其电解水中的应用

以十二胺插层的正交三氧化钼为前驱体,次磷酸钠分解产生的PH3作为磷源,在限域的空间内通过原位碳化磷化法,合成了"N掺杂MoP/石墨"复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、拉曼光谱分析(Raman)和比表面积测试法(BET)等手段对700、...     

微波辅助合成石墨烯/氧化镍复合材料及其表征

本文通过微波辅助的方法,快速而有效地在热膨胀石墨烯(RG)的缺陷上原位合成氧化镍纳米颗粒,形成石墨烯/氧化镍复合材料(RG/NiO)。利用X-射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman),傅里叶变换红外(FTIR),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),热重-差热(TGA-DSC)对所制备样品的结构、形貌和NiO含量在复合材料中的含量进行表征。结果表明,热膨胀石墨烯层数约7~8层,层间距约为0.35nm,缺陷多,在水热和微波处理后抗氧化性明显变差。复合材料中氧化镍颗粒平均粒径为25nm,均匀而密集地分散在石墨烯平面上,同时在复合材料中的含量为19.8%。     

煤焦油重组分甲苯不溶物结构组成及对悬浮床加氢裂化生焦的影响

以煤焦油常压渣油(CTAR)为原料在3000mL环流反应器悬浮床加氢装置上进行了中试实验,并分别从CTAR和加氢产物中提取了甲苯不溶物(TI)及焦炭,通过元素分析、SEM、XRD、FT-IR、XPS等手段对TI及焦炭进行对比分析,明确了TI的结构组成并将其与加氢裂化生焦情况进行了关联。结果表明,CTAR悬浮床加氢工艺具有轻油收率高、生焦总量小、没有壁相焦的特点。TI由煤焦油生产过程中带入的碳质、矿物质颗粒及稠环芳烃有机物构成,O是其中含量最高的杂原子,Ca、Si、Al、Na来源于煤焦油中矿物质,C和O主要存在于C-C、C-H、C-O-C、C-OH结构中,N主要以吡咯和胺的形式存在,S主要以脂肪类S存在。TI具有明显的片层堆积结构,在作用力下容易破碎为具有较大比表面积及吸附能力的微米级微晶及碳质颗粒,和硫化后的催化剂颗粒一起为加氢反应提供载焦中心,优先吸附大分子自由基从而明显减少壁相焦的生成。     

气凝胶催化剂上甲烷裂解制备的碳纳米管结构特征

采用XRD、TGA、SEM、TEM、 Raman光谱等多种表征手段,考察了Al2O3气凝胶催化剂上甲烷裂解生长的碳纳米管的结构特征.制得的碳纳米管形态单一,为管径均匀、管壁光滑的中空纳米管,平均直径在10～20 nm.碳纳米管的比表面积较大,具有较强的抗氧化能力,其结构的长程有序度较石墨低.由碳纳米管的Raman光谱分析可知,碳纳米管存在碳层缺陷和无定形碳.当反应温度升高或甲烷浓度下降时,碳纳米管石墨化程度逐渐提高.