【摘要】：以褐煤為原料制備優(yōu)質(zhì)炭材料,是實(shí)現(xiàn)褐煤高附加值利用的有效方式。針對(duì)傳統(tǒng)的直接將煤樣活化制備炭材料導(dǎo)致褐煤利用率低等問題,采用過氧化氫法首先對(duì)褐煤進(jìn)行預(yù)氧化提取副產(chǎn)品黃腐酸,并獲得揮發(fā)分較少的氧解殘煤。通過管式爐和微波兩種方式對(duì)氧解殘煤進(jìn)行活化操作,并以KOH作為活化劑制備炭材料。運(yùn)用FT-IR、拉曼光譜、XRD、熱重分析、SEM、比表面積孔徑測(cè)定儀對(duì)炭材料的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)進(jìn)行表征分析。研究考察了炭材料對(duì)甲基橙染料的吸附性能,運(yùn)用了四種等溫模型、三種動(dòng)力學(xué)模型探討吸附過程的機(jī)理。云南褐煤中含有較多的揮發(fā)分、灰分等,直接進(jìn)行活化操作制備炭材料會(huì)造成小分子揮發(fā)分的浪費(fèi)、影響炭材料的性能且污染環(huán)境。研究了過氧化氫預(yù)氧化褐煤提取小分子黃腐酸,正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到提取黃腐酸的最佳工藝條件為氧煤比為6、過氧化氫濃度為23%、反應(yīng)溫度為40℃、反應(yīng)時(shí)間為30 min,黃腐酸收率為32.72%,氧解殘煤的收率為53.54%。管式爐活化氧解殘煤制備炭材料CM_1實(shí)驗(yàn)中,結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),獲得管式爐制備CM_1的最佳工藝條件為活化溫度為600℃、活化時(shí)間為30 min、活化劑比例為3.5:1,得CM_1的碘吸附值為1209.86 mg/g,收率為12.46%。微波輻射活化方式制備炭材料CM_2實(shí)驗(yàn)中,結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn),二次多項(xiàng)式回歸分析得出的模型的相關(guān)系數(shù)為0.8690,并得到制備CM_2的最佳工藝條件為微波功率432.54 W、活化時(shí)間14 min、活化劑比例3:1,得CM_2碘吸附值為1060.06 mg/g,收率為24.56%。對(duì)CM_1和CM_2的FT-IR分析結(jié)果表明,CM_1和CM_2中含有大量的芳環(huán)結(jié)構(gòu),且還含有甲基、亞甲基和羥基官能團(tuán),與氧解殘煤相比芳香結(jié)構(gòu)比例增大,其他官能團(tuán)含量明顯降低。拉曼光譜和XRD圖譜顯示材料中明顯存在石墨微晶結(jié)構(gòu),且CM_1的石墨化程度低于CM_2,這是由于活化劑KOH對(duì)CM_1碳原子的刻蝕更嚴(yán)重的結(jié)果。BET分析結(jié)果顯示,CM_1和CM_2結(jié)構(gòu)中存在大量孔隙結(jié)構(gòu),且以微孔居多,CM_1的比表面積為826.71 m~2/g,孔容為0.685 cm~3/g,CM_2的比表面積為729.11 m~2/g,孔容為0.603 cm~3/g;氮?dú)獾奈摳降葴鼐�都表現(xiàn)出II型吸附,即微孔中孔混合吸附的特征,且孔徑分布較集中。炭材料吸附甲基橙實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于材料的實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。探討了初始pH值和吸附時(shí)間對(duì)材料吸附甲基橙性能的影響規(guī)律,確定了最佳吸附pH值為8.0,達(dá)到飽和的吸附時(shí)間為480 min。對(duì)炭材料的等溫模型和動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn),CM_1和CM_2對(duì)甲基橙的吸附過程符合Freundich等溫模型,較符合Tempkin等溫模型,吸附過程主要為物理多層吸附和化學(xué)吸附聯(lián)合作用。動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)CM_1和CM_2對(duì)甲基橙的吸附過程遵循擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)速率方程模型。
【圖文】：

圖 1-1 幾種硬模板及其合成的炭材料的圖[44]1 The images of several hard templates and the corresponding法。該法所使用的模板劑通常是一些具有特殊結(jié)構(gòu)大分子[43, 44]。模板劑在材料的合成過程中，與反應(yīng)物定的結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)；或者模板本身作合成的過程中通過自包覆在模板周圍；待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后除去模板劑即可得孔結(jié)構(gòu)通常受合成條件（如原料配比、溶劑和溫度P123 為軟模板、鹿糖和正硅酸乙酯為原料合成介孔圖 1-2 以 P123 為軟模板合成介孔炭材料的路徑示意圖[

所得炭材料的孔結(jié)構(gòu)通常受合成條件（如原料配比、溶劑和溫度等）的影響。圖1-2 列舉了以 P123 為軟模板、鹿糖和正硅酸乙酯為原料合成介孔炭的示意圖。圖 1-2 以 P123 為軟模板合成介孔炭材料的路徑示意圖[45]Figure 1-2 Schematic of mesoporons carbon prepared with P123 as the soft template[45]一般地，模板法相對(duì)活化法具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a.形態(tài)可控；b.分散性好且粒度（或孔徑）分布窄；c.結(jié)構(gòu)規(guī)整。但也尚存一些問題亟需解決。例如，有些模板本身合成工藝繁瑣、影響因素較多，常需要使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或有機(jī)溶劑去除。這不僅增加了工藝流程，而且容易破壞合成炭材料的結(jié)構(gòu)、影響其性能；另外，由于模板法通常是以犧牲模板為代價(jià)的，因而經(jīng)濟(jì)性不高。目前，尋求廉價(jià)的模板或者循環(huán)多次利用模板是研究人員共同追求的目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O647.33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陽金龍;孫奇;王文武;田瑞青;盧天劍;;分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J];東方汽輪機(jī);2015年04期

2 鞠彩霞;李鳳剛;張晗;趙玉亮;付微婷;趙蘭美;宗志敏;張洪;魏賢勇;;棗莊煤H_2O_2氧化殘?jiān)蛛x[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年08期

3 宮貴貞;儲(chǔ)濟(jì)明;魏賢勇;宗志敏;;霍林郭勒褐煤NaOCl氧化殘?jiān)姆蛛x與分析[J];河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

4 張水花;李寶才;張惠芬;林雪飛;劉建珍;;H_2O_2氧解褐煤產(chǎn)腐植酸的試驗(yàn)研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年15期

5 宮貴貞;魏賢勇;宗志敏;;兩種煤的次氯酸鈉水溶液降解產(chǎn)物的分離與分析[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

6 高玉芬;孫麗蓉;周莉娜;毛暉;;黃腐酸土壤改良液體肥試驗(yàn)效果探討[J];陜西農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年06期

7 宮貴貞;魏賢勇;王雙麗;謝艷霞;宗志敏;;東灘煙煤在NaOCl水溶液中的氧化解聚[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

8 徐媛;王魯峰;徐曉云;潘思軼;;響應(yīng)曲面法優(yōu)化紅葡萄柚番茄紅素的提取工藝[J];食品科學(xué);2010年22期

9 張水花;李寶才;張惠芬;劉建珍;何靜;戴偉峰;李鵬;;云南尋甸褐煤化學(xué)降解后腐植酸的理化性質(zhì)分析[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版);2010年04期

10 楊宇;金強(qiáng);盧國政;王新建;;生化黃腐酸土壤改良劑對(duì)菜田鹽堿土壤理化性質(zhì)的影響[J];北方園藝;2010年05期

，

本文編號(hào)：2683030