Preparation and Apllication of Carbon Foam

泡沫炭(CF)是具有炭特征的海绵状炭材料.泡沫炭以其低密度、耐高温、高机械强度等优异性能而在较多领域展示出巨大应用潜力.对泡沫炭的制备原料、制备方法进行了综述,讨论了制备过程中的影响因素和其结构性能的差异,归纳了泡沫炭的结构、性质和应用,并对泡沫炭未来的发展进行了展望.     

PET掺杂对新型木质素基泡沫炭合成的影响

泡沫炭具有低密度、高强度、高导电性、多孔骨架结构等诸多优点,是一种高端的整体性先进碳材料。在多种泡沫炭制备的原材料中,木质素因其可再生、低成本、高产量、高芳香性等特点而逐渐受到重视。基于木质素的热学性质复杂且特殊,近年来笔者开发了一种简单、高效的木质素基泡沫炭合成方法。为进一步实现泡沫炭结构与性能的调控,本研究主要通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)对木质素进行掺杂,考察PET可能对木质素转化过程中产生的影响,以及转化产物(新型泡沫炭)的材料结构与性能,从而提出PET掺杂对木质素基泡沫炭合成的影响。研究结果表明,PET的掺杂对于木质素的发泡过程有调节作用,其与木质素较好的相容性可以成功制备出木质素-PET基泡沫炭。PET的含量对泡沫炭的体密度、真密度、微观孔泡结构、机械强度等均有较为显著的影响。相比之下,X射线衍射和拉曼光谱结果表明PET掺杂对于泡沫炭的微观碳结构几乎没有影响。当PET掺杂量提升为20%时,泡沫炭的性能略有下降,可能与PET与木质素的均匀混合难度提升相关。本研究提出了通过掺杂高分子以改变新合成方法下泡沫炭结构与性能的思路,对泡沫炭的合成和调控具有指导意义。     

高强度酚醛树脂泡沫炭的制备研究

以自制甲阶酚醛树脂为原料,通过发泡法制备泡沫炭,考察了发泡和炭化条件对泡沫炭的微观结构、物相组成、机械强度的影响。结果表明:酚醛树脂泡沫在200~650℃之间应采用较慢的升温速率(1℃/min)进行炭化;由XRD分析发现,900℃炭化温度下所得泡沫炭主要以无定形炭形式存在,同时还存在NaCl晶体;SEM分析可知,表面活性剂吐温-80用量主要影响泡沫炭中泡孔的分布均匀性,发泡剂正己烷用量对泡沫炭的泡孔数量及孔径影响较大,而固化剂盐酸用量则对泡孔的孔径影响较大。泡沫炭制备的较佳工艺为:固化剂用量、表面活性剂和发泡剂用量分别为甲阶树脂质量的3%、6%和6%,此条件下所得泡沫炭的泡孔孔径为50~150μm,孔泡结构规整、孔壁较薄,其表观密度为0.276 g/cm~3,比表面积为137.9 m~2/g,抗压强度为11.1 MPa。     

落叶松基氮掺杂泡沫炭的制备及其CO2吸附性能研究

以落叶松木屑为原料,尿素为氮源,采用苯酚液化-物理发泡-活化工艺制备了落叶松基氮掺杂泡沫炭.通过SEM、XRD、XPS、TG和N2吸附-脱附等温线对材料的形貌、表面化学性质和孔结构进行表征,并测试了材料的CO2吸附容量和CO2/N2吸附选择性,考察了氮掺杂量及活化温度对CO2吸附性能的影响.研究结果表明:泡沫炭材料具有...     

自发泡方法制备木质素基高比表面积泡沫炭

【目的】根据木质素结构特点,探究一种木质素基泡沫炭制备方法,为木质素制备新型炭材料提供新的技术方法和产品。【方法】以酶解木质素为碳质前驱体,以氯化锌和酚醛树脂为催化剂和增强剂,在未添加发泡剂的情况下,经混合塑化、发泡、固化、炭化等工艺制备木质素基高比表面积泡沫炭;采用热重分析、扫描电子显微镜和氮气吸附等方法分析木质素发泡机理、过程以及制备的泡沫炭结构;通过测试泡沫炭的密度、机械性能、开孔率等质量指标,探讨发泡温度、氯化锌和酚醛树脂用量对泡沫炭结构的影响。【结果】热重分析结果表明,氯化锌显著催化并降低木质素热分解温度,使木质素发生热分解的温度与发生软化/塑化的温度重合,为木质素热分解产生的挥发性物质发挥发泡功能提供合适温度区域,酚醛树脂与木质素之间形成的三维网状结构赋予发泡前驱体较好的韧性和强度,为木质素自发泡提供基础。160～180℃是合适的发泡温度;氯化锌用量显著影响泡沫炭的密度和孔隙率,酚醛树脂用量主要影响泡沫炭的孔泡尺寸和开孔率。在未添加发泡剂的情况下,采用自发泡方法制备出体积密度为0.26～0.46 g·cm^-3、孔隙率为74%～85%、开孔率为82%～9...     

KOH原位活化对木质素基泡沫炭的结构性能调控

在碱性条件下,木质素可部分替代苯酚与甲醛反应制备木质素基酚醛树脂,酚醛树脂经物理发泡,高温碳化工艺生成木质素基泡沫炭。为达到调控木质素基泡孔炭的泡孔结构,改善其孔径分布比例的目的,选用600℃碳化后的泡沫炭(CF-600℃)作为活化基体,利用化学试剂KOH对泡沫炭进行原位活化。研究结果表明:纯碱木质素可以部分取代苯酚,与甲醛发生缩合反应生成酚醛树脂;酚醛树脂基泡沫在450℃时有最大分解速率2.04%/min,炭收率为54.36%; 600℃碳化后的泡沫炭(CF-600℃)、900℃碳化后的泡沫炭(CF-900℃)与KOH原位活化后的泡沫炭(CF-KOH)呈玻璃网状结构,泡孔由50～300μm的泡孔及孔壁组成; 3种泡沫炭皆为无定型炭,非石墨化的炭质结构; KOH原位活化后的泡沫炭(CF-KOH)微孔比例下降,中孔比例上升,比表面积可达1 094.14 m~2/g;且3种泡沫炭的表观密度在0.10～0.15 g/cm~3之间,压缩强度最高可达0.35 MPa。     

丁腈橡胶粉改性酚醛树脂泡沫的性能与微观结构研究

应用丁腈橡胶粉(NBRP)对酚醛树脂进行改性,再与其他助剂复合在70℃制备改性酚醛泡沫材料.分析了NBRP的改性方式对酚醛泡沫材料性能的影响,进一步讨论了NBRP前期改性加入量对酚醛泡沫机械性能、易碎性能、燃烧性能和泡孔微观结构的影响.研究表明:NBRP前期改性酚醛泡沫性能优异,其中添加量2％时综合性能最佳,这为丁腈橡胶粉改性酚醛树脂提供了科学依据.     

生物炭复合材料处理水体重金属的研究进展

生物炭具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,表面含有大量官能团,这些特性使得生物炭在水体污染物的处理方面具有强大的发展前景。近年来,越来越多的学者开始研究生物炭复合材料的制备,利用物理、化学方法对生物炭进行改性,提高吸附材料对水体中的重金属的吸附性能。对生物炭的特性、复合材料的改性方法以及其对重金属的吸附机理等进行综述,并提出了生物炭吸附材料未来的研究方向,应该开展重金属复合污染的研究,以期为生物炭材料的大规模应用提供参考。     

糠醛渣多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

随着经济的发展和社会的进步,人们对具有长的循环寿命、高的功率密度和绿色廉价的能源设备的需求逐渐增加,基于生物质活性炭的超级电容器近年来备受关注。然而,生物质基活性炭的电化学性能仍然缺少竞争力,此外,对其微观结构的控制也是较大难题。笔者以糠醛渣为原料,KOH为活化剂,在氩气氛围下通过两步炭化的方法制备三维多孔炭材料,并将制备的多孔炭用做超级电容的电极材料。通过SEM、TEM、Raman、XPS、XRD等手段系统分析表征了所获多孔炭材料的形貌、结构、组成,并探讨活化剂的比例对糠醛渣多孔炭结构性能的影响。研究结果表明:当KOH和糠醛渣的质量比为3∶1时,所制备的多孔炭材料比表面积为2 164.3 m~2/g,具有良好的电容性能(当电流密度1 A/g时,比电容为235.6 F/g)、倍率性能和循环稳定性(当循环充放电10 000次后,比电容仍能保留96%以上)。本研究从生物精炼废弃物中制备了性能优异的超级电容器用活性炭,为降低高性能超级电容器成本,实现生物质的高值化应用提供新思路。     

生物基炭材料在印染废水深度处理中的应用研究进展

首先总结了生物基炭材料的吸附机理，并根据作用机理去延伸分析生物基炭原料的选取，以及生物基炭的制备和表面改性方法。综合讨论了炭材料孔道结构、表面官能团等内在因素，以及初始浓度、吸附剂用量、吸附时间、溶液pH值、温度等外在因素对吸附性能的影响，此外，对吸附热力学、吸附等温线和吸附动力学等吸附特性展开分析。最后，总结了生物基炭材料实际应用存在的问题以及未来多样化发展方向，以期对生物基炭材料在印染废水高效处理中的应用提供参考和借鉴。     

液体闪烁计数法鉴别生物质基泡沫材料

基于美国材料实验协会ASTM D6866标准,利用超低本底液体闪烁技术,测定不同原料来源的泡沫材料中放射性碳同位素~(14)C含量,转化为生物基含量,从而用于鉴别生物基泡沫材料。实验中,分别利用元素分析和热重分析确定样品用量及其氧化燃烧温度,样品燃烧后产生的二氧化碳经过一系列化学反应合成为液体苯,通过测定合成苯中的放射性碳同位素~(14)C含量来区别鉴定生物质基泡沫材料和石油基泡沫材料,同时测定本底物质煤炭和标准物质糖碳中的~(14)C含量。结果表明:采用该方法测定的糖碳标准物质的~(14)C放射性活度值与标准值一致,由生物质基泡沫材料的~(14)C放射性活度值测定结果计算得到的生物基含量结果与美国Beta实验室采用加速器质谱(AMS)方法测试的结果一致。4种泡沫样品的生物基含量分别为18.77%、23.51%、5.39%和11.13%,全部为生物质基泡沫材料。说明利用该方法能够鉴别生物质基泡沫材料与石油基泡沫材料。     

新型酶解木质素酚醛泡沫的制备及性能研究

利用酶解木质素部分替代苯酚,以十二胺为增韧剂,成功制备了含有柔性侧链的酶解木质素酚醛树脂,并利用其制备改性酶解木质素酚醛泡沫。系统研究了该树脂的发泡工艺,结果表明:当十二胺添加量为苯酚质量的8%,固化剂用量为12%(树脂的质量分数,下同),发泡剂用量为7%,表面活性剂用量为6%时,该泡沫的综合性能较佳。同时使用核磁共振(1H NMR)对树脂结构分析,使用热重分析(TG)与扫描电镜(SEM)对泡沫进行了分析,结果表明:改性木质素酚醛泡沫孔和孔壁厚度均匀,具有规则和致密的网络结构。改性后泡沫残碳率为49.0%。研究结论为今后利用脂肪单胺体系长链结构改性木质素酚醛树脂刚性结构提供了理论基础。     

Lignosulfonate/APP IFR and its flame retardancy in lignosulfonate-based rigid polyurethane foams

Lignin containing substantial aromatic rings and high content of carbon has been employed as carbonizing agent to investigate the flame retardancy in the lignin/ammonium polyphosphate (APP) intumescent flame retardant (IFR) system. In addition, owing to the abundant phenolic and aliphatic hydroxyl groups, lignosulfonate, which is considered as a renewable aromatic macropolyols, substituted part of diethylene glycol (DEG) and copolymerized with isocyanate to produce lignosulfonate-based rigid polyurethane (LRPU) foams. Thermal stability was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), and flame retardancy was investigated by limiting oxygen index (LOI) and cone calorimetry testing (CCT). Lignosulfonate increases thermal stability of LRPU foams and LRPU containing 15 wt% of lignosulfonate based on DEG (L₁₅RPU) give rise to the best thermal stability. When 15% of lignosulfonate incorporated in the LRPU, reduced the heat release rate (HRR) and total heat release (THR) value 21 kW/m² and 13 MJ/m², respectively, and postponed 96 s time-to-peak carbon monoxide production than that of pure DEG rigid polyurethane (RPU) foam, the LOI values increased progressively with lignosulfonate content increasing. These results showed that lignosulfonate polyol may substitute polyol to produce lignosulfonate-based RPU foam and the presence of lignosulfonate could improve the flame retardancy. The mass loss gradually decreases with increasing APP addition, and the highest char yield was obtained from LRPU5 foam which at the lignosulfonate-to-APP ratio is 1:5. At the lignosulfonate-to-APP ratio of 1:5, the LOI value increased over 30%, and the HRR value reduced and the time-to-peak HRR postponed significantly. In addition, LRPU5 foams give rise to the lowest effect heat combustion (EHC) value, less smoke, and carbon monoxide (CO) production. Lignosulfonate acts as carbonizing agent in the lignosulfonate/APP IFR system, and the best fire retardancy is obtained at 1:5 of lignosulfonate-to–APP ratio.     

压缩空气泡沫产生系统及泡沫流变学性能的实验研究(英文)

该文介绍了一种压缩式空气泡沫灭火系统 ,该系统将压缩空气通入到有压混合液中 ,产生尺寸均匀 ,出口动量大的泡沫 .结果表明 ,泡沫的粘性、润湿性均显著提高 .试验采用了一种特殊设计的钟摆式测试装置 ,证明了泡沫屈服应力的存在 ,试验结果显示屈服应力随气体百分比和泡沫尺寸的提高而增大     

压缩空气泡沫系统在林火扑救中的应用

压缩空气泡沫系统(CAFS)是近年来出现并得以长足发展的一种高效泡沫灭火系统。本文对CAFS系统的国内外发展现状、机理和优点等方面进行了阐述,并结合森林消防的特殊要求,对该系统产生的泡沫性能进行了简要论述。     

复配改性动物蛋白对泡沫混凝土性能的影响

利用双掺离子型表面活性剂改性动物蛋白发泡剂母液制备了导热系数优良的超高性能泡沫混凝土。实验结果表明:制备干密度为700 kg/m 3的泡沫混凝土,双掺LAS和K12两种离子型表面活性剂的浓度都为1.0 g/L时,制取的泡沫稳定性最佳,制备的泡沫混凝土试件导热系数平均值为0.1583 W/(m·K),此时的保温隔热效果最佳。     

三乙醇胺改性沙柳液化产物/异氰酸酯硬质泡沫材料研究

生物质多元醇液化产物与异氰酸酯等反应可制备硬质聚氨酯泡沫材料,而该类材料存在力学性能低、脆性大等缺点,使其应用领域受到限制.以沙柳多元醇液化产物为原料,与异氰酸酯(MDI)等共聚制备沙柳液化产物/异氰酸酯硬质泡沫材料(RPUF),研究添加不同质量分数交联剂三乙醇胺(TEOA)对RPUF物理力学、化学结构和热学特性的影响...     

轻质泡沫水泥注浆材料的应用研究

用不同的发泡剂和稳泡剂,采用正交实验,对轻质泡沫水泥浆液作为注浆材料作了初步研究,测试了轻质泡沫水泥浆液的比重、粘度、析水率、结石体密度和结石率等指标,根据实验结果进行了分析研究,从结石体密度和结石体的结石率考虑优选出一种作为注浆材料用于充填防渗注浆的轻质泡沫水泥浆液的合理参数配比。     

碱木质素和PUF的降解产物对聚氨酯材料结构和性能的影响

以碱木质素和聚氨酯泡沫(PUF)的降解产物为添加剂制备复合聚氨酯泡沫材料,并表征了微观结构、表观密度、压缩性能、保温性能等。结果显示,碱木质素可提高与复合基体之间的相容性,原因是其存在强烈的氢键缔合作用。扫描电镜测试显示,碱木质素和PUF的降解产物对材料的微观结构有很大的影响,加入碱木质素有利于提高压缩模量,其压缩模量为146.44 MPa,加入PUF的降解产物会降低压缩模量,其压缩模量为101.59 MPa,而没有加碱木素也没有加PUF降解产物的其压缩模量108.53 MPa。PUF的降解产物的添加降低了样品的保温性能,加入PUF的降解产物的样品的导热系数为PUF降解产物的样品的导热系数为0.032 5 W/(m.K)而不加PUF降解产物的样品的导热系数为0.022 6 W/(m.K)。