简论裂解煤直接液化残渣基炭材料制备及运用经典

论文导读：
摘要：煤直接液化残渣(简写为CLR)是一种高碳、高灰、高硫的混合物,约占煤直接液化工艺利用原煤的20～30wt.%,有效使用CLR对提升煤直接液化工艺的经济性、实现煤炭清洁高效使用具有重要作用。本论文从CLR为原料,采取KOH活化法制备了多种炭材料,并探讨了其作为催化甲烷裂解制氢催化剂时的催化性能从及作为超级电容器电极材料时的电化学性能。本论文体系探讨了KOH活化法制备CLR基炭材料的工艺条件(包括KOH/CLR质量比、KOH与CLR混合时采取的溶剂种类、碳化温度程序、碳化后的洗涤模式、CLR组成等)对所制备炭材料的孔结构、催化甲烷裂解性能极为作为超级电容器电极时的电化学性能等方面的影响,提出并实现了从CLR内在矿物质极为与KOH反应生成的无机盐作为炭材料成孔历程中的模板,直接制备出了孔径集中分布在3-5nm的CLR基介孔炭。通过索氏抽提和脱灰的模式将CLR分为重油(8.0wt%)、沥青烯(29.2wt.%)、前沥青烯(12.1W.%)、复杂碳基质(29.0wt.%)和矿物质(21.7wt.%)五部分,探讨了各部分对炭材料孔结构和性能的影响。结果显示：在KOH活化历程中,CLR中的有机质作为碳源时趋向于形成微孔炭,而在CLR内在矿物质的模板意义下,可直接制得介孔炭(介孔孔隙率高达92%)。这种介孔炭材料具有比微孔炭材料更高且更稳定的催化甲烷裂解的活性。经过KOH活化、碳化及碳化后的洗涤等步骤,可将CLR基炭材料中的硫和铁等杂质含量降低到0.2%从下。相对于商业活性炭、炭黑BP2000从及文献报道的同类炭材料,CLR基介孔炭在催化甲烷裂解反应中体现出更高的催化活性和稳定性。CLR基炭材料的孔结构特点与其催化性能之间的联系表明：较大的比表面积和孔容促使炭材料具有较高且较稳定的催化甲烷裂解的活性。“催化-再生”性能测试实验显示脉冲式再生模式比连续式的效果更好,但是再生历程中产生的CO或C02会使催化甲烷裂解制氢反应丧失了相对于甲烷水蒸汽重整反应的优势。采取KOH活化与外加添加剂相结合的办法,可实现CLR基炭材料孔结构的调控,制备出多级孔道炭材料。探讨了不同硅源材料(Si02、正硅酸乙酯、Na2SiO3和SBA-15)、金属氧化物(A1203和MgO)和有机物(蔗糖、尿素和CTAB)三类添加剂对炭材料的孔结构、催化活性和电化学性能的影响。结果发现：不同种类的添加剂会导致炭材料成孔机理的不同。从硅源材料或A1203作为添加剂时,它们通过与KOH反应生成无机盐,进而充当炭材料成孔历程中的模板；MgO通过自身占位的模式,可直接充当炭材料成孔历程中的模板；而有机添加剂通过在碳化历程中释放气体来影响炭材料的孔结构。通过优化添加剂的用量,可明显降低炭材料电极的等效电阻,进而将其电容值提升30%从上。当从MgO为添加剂时,所制备的炭材料电极性能优异；其电容值在5mV/s的扫描速率下高达186F/g,在10A/g的电流密度下为137F/g,在200mV/s扫描速率下经6000次的充放电循环后仍然保持在118F/g左右。从A1203为添加剂所制备的CLR基炭材料催化剂,通过甲烷裂解的模式首次实现了同时制备出纤维炭和氢气的优异效果；且生成的纤维炭也具有一定的催化活性。采取KOH活化结合外加Fe(NO3)3或Ni(NO3)2两种添加剂的模式,使用炭的高温还原性,可直接制备出掺杂Fe或Ni单质的炭材料,省略了传统制备工艺所必需的氢气还原步骤,简化了制备历程。当从掺杂Ni的炭材料作为催化甲烷裂解的催化剂时,甲烷转化率随着反应时间逐渐增高。这主要归因于生成的积碳中分散着粒径较小的Ni活性成分；该积碳可再次用作催化剂利用,且有利于提升Ni活性成分的使用率。选用具有不同灰含量的4种煤和2种油页岩为碳源,研究了将制备与运用CLR基炭材料的办法拓展至煤或油页岩基炭材料领域的可行性,结果显示：在KOH活化历程中,引入添加剂可明显改善低灰煤基炭材料的孔结构和电化学性能；但却会破坏高灰煤基炭材料的孔结构,进而抑制其电化学性能。油页岩灰分含量较高,使得炭材料的收率较低；但可直接使用它的内在矿物质极为与KOH反应生成的无机盐为模板,制备出介孔炭。关键词：煤直接液化残渣论文炭材料论文催化甲烷裂解论文氢气论文超级电容器论文
本论文由{#Get论文导读：在超级电容器方面的运用34-361.3本论文探讨思路与主要内容36-382实验体系与办法38-452.1主要原料及试剂38-402.2炭材料的制备40-412.3表征办法和仪器41-422.4催化甲烷裂解反应42-432.5电化学性能测试43-453介孔炭的优化制备与运用45-793.1KOH活化法制备CLR基介孔炭45-633.1.1KOH/CLR质量比的影响45-493.1.2混合KO
FullDomain},需要论文可从关系人员哦。摘要4-6
Abstract6-11
CONTENTS11-13
图表目录13-18
主要符号表18-19
1 绪论19-38

1.1 煤直接液化残渣的探讨近况20-24

1.1 CLR的成分20-21

1.2 CLR的性质21-22

1.3 CLR的运用22-24

1.2 炭材料的探讨近况24-36

1.2.1 主要制备办法24-27

1.2.2 在催化甲烷裂解制氢方面的运用27-34

1.2.3 在超级电容器方面的运用34-36

1.3 本论文探讨思路与主要内容36-38

2 实验体系与办法38-45

2.1 主要原料及试剂38-40

2.2 炭材料的制备40-41

2.3 表征办法和仪器41-42

2.4 催化甲烷裂解反应42-43

2.5 电化学性能测试43-45

3 介孔炭的优化制备与运用45-79

3.1 KOH活化法制备CLR基介孔炭45-63

3.

1.1 KOH/CLR质量比的影响45-49

3.

1.2 混合KOH与CLR的溶剂的选用49-53

3.

1.3 碳化程序的优化53-56

3.

1.4 碳化后洗涤模式的影响56-63

3.2 CLR的组成对炭材料性能的影响63-71
3.

2.1 CLR组成的分离64-65

3.

2.2 CLR组成对炭材料孔结构的影响65-67

3.

2.3 CLR组成对炭材料催化甲烷裂解性能的影响67-70

3.

2.4 炭材料孔结构特点与其催化甲烷裂解性能之间的联系70-71

3.3 炭基催化剂的再生性能71-74

3.1 脉冲式再生71-72

3.2 连续式再生72-74

3.4 几种炭基催化剂催化甲烷裂解的活性对比74-76

3.5 几种炭材料电极的电化学性能对比76-77

3.6 本章小结77-79

4 炭材料孔结构的调控及多级孔道炭材料的制备与运用79-127

4.1 KOH活化结合硅源添加剂79-90

4.

1.1 炭材料孔结构的表征80-86

4.

1.2 炭材料催化甲烷裂解的反应性能86-88

4.

1.3 炭材料电极的电化学性能88-90

4.2 KOH活化结合金属氧化物添加剂90-108
4.

2.1 氧化铝91-104

4.

2.2 氧化镁104-108

4.3 KOH活化结合有机添加剂108-112

4.4 KOH活化结合复合添加剂112-114

4.5 多级孔道炭材料电极的电化学性能114-120

4.6 煤与油页岩作为碳源时的拓展运用120-125

4.7 本章小结125-127

5 掺杂金属的炭材料的制备与运用127-148

5.1 掺杂Fe的炭材料127-131

5.2 掺杂Ni的炭材科131-147

5.

2.1 样品制备131-132

5.

2.2 催化甲烷裂解反应132-135

5.

2.3 制备办法的对比135-140

5.

2.4 Ni掺杂量的影响140-143

5.

2.5 积碳的形态与使用143-147

5.3 本章小结147-148
6 结论与展望148-153

6.1 论文的主要结论148-149

6.2 论文的主要创新点149-150

6.3 展望150-153

参考文献153-162
作者介绍162
攻读博士学位期间参与的科研项目及科研成果162-165
致谢165-166