【摘要】：以褐煤為原料制備優(yōu)質炭材料,是實現(xiàn)褐煤高附加值利用的有效方式。針對傳統(tǒng)的直接將煤樣活化制備炭材料導致褐煤利用率低等問題,采用過氧化氫法首先對褐煤進行預氧化提取副產(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氧解殘煤進行活化操作,并以KOH作為活化劑制備炭材料。運用FT-IR、拉曼光譜、XRD、熱重分析、SEM、比表面積孔徑測定儀對炭材料的結構及性質進行表征分析。研究考察了炭材料對甲基橙染料的吸附性能,運用了四種等溫模型、三種動力學模型探討吸附過程的機理。云南褐煤中含有較多的揮發(fā)分、灰分等,直接進行活化操作制備炭材料會造成小分子揮發(fā)分的浪費、影響炭材料的性能且污染環(huán)境。研究了過氧化氫預氧化褐煤提取小分子黃腐酸,正交實驗結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%、反應溫度為40℃、反應時間為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實驗中,結合單因素實驗結果進行正交實驗,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實驗中,結合單因素實驗結果并進行響應曲面實驗,二次多項式回歸分析得出的模型的相關系數(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CM_1和CM_2的FT-IR分析結果表明,CM_1和CM_2中含有大量的芳環(huán)結構,且還含有甲基、亞甲基和羥基官能團,與氧解殘煤相比芳香結構比例增大,其他官能團含量明顯降低。拉曼光譜和XRD圖譜顯示材料中明顯存在石墨微晶結構,且CM_1的石墨化程度低于CM_2,這是由于活化劑KOH對CM_1碳原子的刻蝕更嚴重的結果。BET分析結果顯示,CM_1和CM_2結構中存在大量孔隙結構,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;氮氣的吸脫附等溫線都表現(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驗研究對于材料的實際應用具有指導意義。探討了初始pH值和吸附時間對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,達到飽和的吸附時間為480 min。對炭材料的等溫模型和動力學分析發(fā)現(xiàn),CM_1和CM_2對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吸附聯(lián)合作用。動力學分析發(fā)現(xiàn)CM_1和CM_2對甲基橙的吸附過程遵循擬二級吸附動力學速率方程模型。
【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構大分子[43, 44]。模板劑在材料的合成過程中，與反應物定的結構生長；或者模板本身作合成的過程中通過自包覆在模板周圍；待結構穩(wěn)定后除去模板劑即可得孔結構通常受合成條件（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[

所得炭材料的孔結構通常受合成條件（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，模板法相對活化法具有如下幾個優(yōu)點：a.形態(tài)可控；b.分散性好且粒度（或孔徑）分布窄；c.結構規(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，常需要使用強酸、強堿或有機溶劑去除。這不僅增加了工藝流程，而且容易破壞合成炭材料的結構、影響其性能；另外，由于模板法通常是以犧牲模板為代價的，因而經(jīng)濟性不高。目前，尋求廉價的模板或者循環(huán)多次利用模板是研究人員共同追求的目標。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O647.33

【參考文獻】

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

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本文編號：2683030