高灰煤中矿物质及碳结构的振动光谱分析

利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD),分析了广西合山煤(GX)和平顶山煤(PD)及其酸洗煤的矿物质组分和碳结构。FT-IR谱图显示,GX和PD原煤的高岭石含量最为丰富,其次是石英和方解石,由二阶导数红外谱图发现,煤中还存在云母、蛇纹石、石膏和碱性长石。此外,从FT-IR谱图出现的三个层间水OH伸缩振动峰(3 695、3 651和3 619 cm^-1)判断煤中高岭石的结晶度不高。酸洗煤的FT-IR和XRD分别显示出清晰的芳香C=C官能团峰(1 600 cm^-1)和微晶碳(002)衍射峰;原煤的FT-IR和XRD都表明,矿物质完全掩盖了碳的信息。尽管如此,原煤及酸洗煤的拉曼谱图显示出清晰的缺陷碳峰(D峰)和石墨碳峰(G峰),而矿物质的信息完全被信号更强的碳峰掩盖。酸洗处理对煤的碳结构有较弱的影响,酸洗煤的碳结构有序度略低于原煤。     

山西高阳焦煤碳结构研究与谱学表征

煤是由多种官能团、多种化学键组成的复杂有机结构大分子物质,有机质碳是煤结构的骨架,是构成煤中有机质及形成焦炭的主要元素。研究炼焦煤中的碳结构,对构建炼焦煤大分子结构模型,认知炼焦煤结构及反应性具有重要意义。分别利用Peakfit V4和XPS Peak4.1软件对~(13)C CP/MAS-NMR、FTIR和XPS谱图进行拟合解析,对比研究不同测试方法的解析结果,探索炼焦煤中碳结构的主要特征,获取芳碳率、芳氢率、芳核平均结构尺寸等煤结构单元基本参数。山西高阳焦煤芳碳率的~(13)C CP/MAS-NMR、FTIR和XPS分析结果基本一致,分别是0.81、0.83和0.81。FTIR分析结果表明,芳香结构主要包括苯环二取代、苯环四取代和苯环五取代,占比分别是39.63%、32.24%和28.13%。脂肪结构主要以亚甲基形式存在,含量达到77.43%,甲基、次甲基含量依次减少,脂肪烃碳链长度较短为0.11。因此,山西高阳焦煤中存在较多的烷基侧链。根据~(13)C CP/MAS-NMR拟合结果,获知甲基碳f_(al)~*_、亚甲基碳/次甲基碳f_(al)~H_、氧接脂碳f_(al)~O、羰基碳/羧基碳f_a~C、芳烃碳f_a′、烷基取代芳碳f_a~S、芳香桥碳f_a~B、氧接芳碳f_a~P分别为0.06、0.06、0.04、0.05、0.76、0.10、0.28、0.03,计算得到芳碳率f_a、脂碳率f_(al)、质子化芳碳f_a~H、非质子化芳碳f_a~N和芳核平均结构尺寸X_b分别为0.81、0.19、0.35、0.41和0.37。XPS和~(13)C CP/MAS-NMR分析结果表明,山西高阳焦煤中羰基、醚氧键和酚羟基等碳氧官能团含量约占碳结构的5%。     

煤基碳量子点合成研究进展

随着纳米科学技术的出现与发展,各种纳米材料层出不穷,碳量子点以其独特且优异的性质吸引了众多研究者的关注。碳源材料对碳量子点的合成及性质有着重要影响,我国煤炭储量相对丰富,焦炭、煤焦油和煤沥青等煤基衍生物的产量也居于世界前列,煤及煤衍生物富含芳环结构,在微观结构上适宜制备碳量子点。本文主要综述了近年来以煤及煤衍生物为碳源,通过化学试剂氧化、超声和电化学氧化等方法合成碳量子点(统称为煤基碳量子点)的研究进展,阐述了煤及其衍生物作为原料的优势所在,对比分析了不同制备方法的特点,并简要介绍了煤基碳量子点的性质以及其在生物成像、金属离子检测和光催化等领域的应用,最后对煤基碳量子点的可控制备等前景进行了展望。     

基于多孔碳固载离子液体修饰电极的叔丁基对苯二酚的检测研究

制备了多孔碳固载离子液体纳米材料修饰玻碳电极(GCE),用于抗氧化剂叔丁基对苯二酚(TBHQ)的检测研究。不同电极上的交流阻抗结果表明,经过多孔碳固载离子液体修饰后的玻碳电极阻抗显著减小。多孔碳固载离子液体修饰后电极的氧化峰电流为41.93μA,比修饰前增大约5.5倍,说明多孔碳固载离子液体可显著提高电极的导电性,促进电极表面的电子转移,提高检测灵敏度。用时间~电流曲线测得TBHQ的线性范围为1.00~120.00μg/mL,检出限为0.16μg/mL。     

熔融盐对印刷线路板热解影响实验研究

在固定床反应器中进行热解实验,考察不同热解终温、不同熔融盐添加量下印刷线路板热解过程中碳的气相转化率,并对热解液体和固体产物进行特性分析。结果表明,熔融盐的存在可以明显提高热解过程碳的气相转化率,减少液体产物产率。在未添加熔融盐的条件下,热解终温900℃时,碳的气相转化率为35.94%,液体产物产率为28.29%。添加 (71%Na2CO3-29%K2CO3) 熔融盐后,热解终温700℃时,碳的气相转化率为40.76%,液体产物产率为22.34%。添加 (8.3%Na2CO3-91.7%NaOH) 熔融盐后,碳的气相转化率达到59.36%,液体产物产率减少为6.88%。元素分析结果表明,熔融盐的存在可以减少固体残渣中的含碳量,而液体产物的H/C原子比为1.12～1.20。     

功能化聚离子液体的设计合成及应用研究

聚离子液体(Poly(ionic liquid)s)是指由离子液体单体聚合生成的,在重复单元上具有阴、阳离子基团的一类离子聚合物。功能化聚离子液体是由功能化离子液体发展而来,兼具离子液体和高分子聚合物的性质。该类研究着眼于结构可控性质,设计合成具有特殊性能的、稳定的、功能化材料。近年来已经在高分子化学、电化学、材料科学及能源科学等领域得到初步应用。本论文综述聚离子液体在固态电解质和聚电解质膜、智能响应性功能材料,以及聚离子液体基碳材料、聚离子液体/碳纳米杂化材料、催化等相关领域的研究与应用。     

离子液体溶胀对煤直接液化残渣结构及热解性能的影响

采用四种相同阴离子不同有机链长阳离子的离子液体([EMIM][MeSO_4]、[BMIM][MeSO_4]、[HMIM][MeSO_4]和[OMIM][MeSO_4])对煤直接液化残渣(DCLR)进行溶胀处理,通过SEM、FT-IR和TG-DTG表征,分析了各离子液体溶胀对煤直接液化残渣溶胀效果、表面形貌、官能团分布、主体结构和热解性能的影响。溶胀结果表明,不同链长离子液体对煤直接液化残渣具有不同的溶胀效果,[HMIM][MeSO_4]对残渣溶胀效果最好,其溶胀度高达1.78。FT-IR表明,不同链长离子液体会不同程度地破坏煤中C-H键,使得脂肪族和芳香族类化合物的相对含量有所差异。由TG-DTG可知,不同链长离子液体溶胀对残渣热解性能的影响具有较大差异,其中,以离子液体[OMIM][MeSO_4]溶胀对残渣的热解最为有利,失重率高达47.5%;而离子液体[BMIM][MeSO_4]溶胀在一定程度上抑制了残渣的热解,其失重率低于未经溶胀处理的残渣。基于Coats-Redfern法的热解动力学分析表明,煤直接液化残渣及其溶胀残渣在低温段(180-480℃)的热解过程均符合二级反应动力学,高温段(480-825℃)均以三级和四级反应动力学为宜。另外,不同链长离子液体溶胀处理明显改变了残渣的热解活化能,其链越长残渣的热解活化能越高。     

气态烃同位素组成特征及煤型气判识

本文以烃类气体的碳、氢同位素组成为主,探讨了煤型气、油型气的判识。文中综合利用甲烷碳、氢同位素组成,把我国不同地区的天然气较好地分为几个区间,即生物气、瓦斯气、油型气和煤型气。在煤型气和油型气之间有一个混合气区,有较为复杂的形成条件,过成熟的油型气在分布上与煤型气重叠。根据对我国四川、鄂尔多斯油气区的研究,认为这些盆地的煤型气具有相对较轻的碳同位素组成,其δ~(13)C_1与R_0的数学表达式δ~(13)C_1‰=8.641,lgR_0—32.8。它代表一种连续沉降盆内形成的煤型气模式。本文还探讨了中原油田最近发现的深层气(大于4000m)的母质类型,有机相和成熟度。     

序言

<正>力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标,是党中央深思熟虑的重大战略决策,实现“双碳”目标的技术创新也成为当前的研究热点。煤是中国最主要的化石能源,生物质是唯一可再生的含碳能源,煤和生物质协同热化学转化(热解、气化、燃烧等)是实现化石能源和非化石能源耦合高效利用的重要技术手段,对于实现“双碳”目标具有重要现实意义。目前,国内外研究人员围绕煤和生物质协同热化学转化展开了大量研究,并取得了积极研究进展。     

利用激光诱导炽光研究高压环境下液体燃料层流扩散火焰碳烟分布的二维图像

研究了在高压环境下压力对液体燃料的碳烟的层流扩散火焰碳烟生成的影响。利用激光诱导炽光和消光法相结合的方法,获得了层流扩散火焰的碳烟分布二维图像,测量和分析了正庚烷的层流扩散火焰的碳烟体积分数生成随压力变化的规律。然后,引入特别设计的"滴入式火焰"装置,该设计为两种以上液体混合燃料的层流扩散火焰碳烟生成的测量提供了保障。最后,定量地分析和对比了饱和环状分子结构(环己烷和环己醇)和直链分子结构(正己烷和1-己醇)的液体燃油的层流扩散火焰的碳烟生成趋势,结果表明,环状分子结构燃油的碳烟生成倾向要强于它们对应的线性分子结构的燃油。     

玉米芯与低密度聚乙烯混合物在氢气气氛下的催化热解研究

本文研究了在氢气氛围及HZSM-5、H-Beta、NaY和TiO2催化剂作用下玉米芯与LDPE混合物(重量比2∶8)的共热解情况。通过催化热解所得油相液体的烃族分析及碳数分布发现:在催化剂作用下,油相液体的碳数分布变窄,共同热解所得气体产率最高的是H-Beta催化体系,液体产率最高的是NaY,残渣量最多的是TiO2催化体系。催化共热解所得油相液体的碳数分布主要集中在C4~C19之间,使用NaY可获得高品位的油相液体,其研究法辛烷值(RON)为97.5;水相液体中的主要物质是醋酸,加入催化剂后其含量明显增加。四种催化剂中,醋酸生成量最多的是NaY催化剂,其次是HZSM-5,最后是H-Beta和TiO2。其中在NaY催化体系作用下生成的水相液体组分中,醋酸含量为57.8%。     

微波辅助裂解离子液体制备硫氮共掺杂多孔碳材料（英文）

采用一步微波辅助裂解离子液体法制备了硫氮共掺杂多孔碳材料。用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,拉曼光谱,X射线衍射(XRD),电子显微镜和X射线光电子能谱(XPS)等检测手段对裂解产物的结构和形貌进行了表征。对微波辐照下离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMIm NTf_2)的裂解机理进行了分析。结果表明,微波辐照能够促进EMIm NTf_2的裂解,使其在320°C下裂解得到硫氮共掺杂的多孔碳材料。离子液体EMIm NTf_2的阳离子作为多孔碳材料骨架的前驱体,而阴离子作为硫源和造孔剂。制备的硫氮共掺杂多孔碳材料具有含缺陷的石墨结构。石墨碳基体中氮和硫的原子百分含量分别为12.84%和1.07%,其中N原子主要取代C成为活性点,而S原子主要存在于边界和缺陷处。     

自然(非灭菌)环境白腐真菌降解活性艳红染料

采用碳氮摩尔比分别为56/2.2和28/44的液体培养基, 进行了白腐真菌在非灭菌环境条件下对活性艳红染料的脱色实验. 结果显示, 在非灭菌环境下, 限氮液体培养基(C/N 摩尔比为56/2.2)中的白腐真菌对活性艳红具有很高的脱色率, 脱色率最高达到92%; 而限碳液体培养基(C/N摩尔比为28/44)很容易感染葡萄球菌等细菌, 从而使脱色反应停止. 而且, 感染细菌的体系pH变化很大, 脱色第4天时, pH已升高到9.31, 造成这一结果的主要原因是限碳反应体系发生了染菌现象. 因此, 初步确定在非灭菌环境中, 限氮液体培养基可在一定程度上抑制细菌生长, 而限碳液体培养基很容易感染细菌.     

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。     

吐鲁番-哈密盆地煤成油研究

吐鲁番-哈密盆地是典型的煤成油盆地,主要源岩为中、下侏罗统煤系,煤成油的主要贡献者是基质镜质体及木栓质体。原油主要地球化学特征是富含链烷烃(70％—80％)、高姥/植比(6—8)、富重碳同位素(δ~(13)C为—26‰至—23‰PDB)和C_(29)甾烷占绝对优势,煤的生烃过程具多阶性,早生早排是煤成油的基本特征。     

用电子自旋共振谱研究我国一些煤的自由基

本文用电子自旋共振谱(ESR)研究了我国十种不同变质程度的煤。电子自旋共振最重要的参数是g值、自由基的浓度、线宽和线形。用这些参数与煤中的碳、氧等元素相关联,发现ESR参数与煤的变质程度有密切关系。     

萘乙酸在多壁碳纳米管-离子液体复合修饰电极上的电催化氧化及电分析方法

运用循环伏安法(CV),计时库仑法(CC),计时电流法(CA)研究了萘乙酸(NAA)在玻碳电极(GCE),多壁碳纳米管修饰玻碳电极(MWCNTs/GCE)和多壁碳纳米管-离子液体修饰玻碳电极(MWCNTs-IL/GCE)上的电化学行为及电化学动力学性质.实验结果表明,NAA在GCE电极上于1.00V附近有一不可逆氧化峰...     

二茂铁在几种离子液体中的迁移行为

采用循环伏安法研究了二茂铁(Fc)在几种离子液体中的迁移行为. 计算了Fc在各离子液体中的扩散系数和粘度系数,探讨了离子液体粘度与离子液体结构之间的关系. 实验结果表明, 离子液体的粘度随阳离子取代基碳链长度的增加而增加, 随阴离子对称性的增加而增加.     

复合离子液体碳四烷基化技术开发与应用

碳四烷基化油是车用汽油的理想调和组分,其在汽油中的调和比例伴随汽油质量标准的升级而不断提升.中国石油大学(北京)从2000年开始选定氯铝酸离子液体碳四烷基化研究方向,逐步完成了催化剂研发、离子液体碳四烷基化技术开发与工业示范.研究了氯铝酸离子液体的组成、结构及其催化性能之间的关系,设计合成了兼具高活性和高选择性的复合离子液体催化剂.研究了复合离子液体催化剂的失活机理,开发了催化剂再生方案以及氯铝酸离子液体Lewis酸活性的监控方法,在中试装置上进行了2个月的长周期运行试验,初步完成了复合离子液体碳四烷基化技术的工艺开发.研发了新型的静态混合反应器与旋液分离器,设计建成了包含原料处理、烷基化反应、催化剂再生、产品分离与精制4个系统的工业装置,并获得了优异的工业运行结果.复合离子液体碳四烷基化技术实现了产品和工艺的双绿色化,有着良好的应用前景和推广价值.     

大同煤在不同温度下快速热解的液体产物

用热解-色谱-质谱联用技术测定了大同煤快速热解液体产物的组成。比较了低温和高温热解液体产物的组成之间的特征差异。在530℃至950℃范围内,考察了温度对主要液体产物包括脂肪烃(C_7～C_(19))、苯类化合物、酚类化合物和萘类化合物的影响。还根据煤分子结构模型对产物形成进行了探讨。