生物质原料的Ni催化石墨化研究

分别以纤维素、木质素、杉木屑与核桃壳为原料,经过炭化后在Ni的催化作用下于1 400℃下进行了石墨化反应,并以X射线衍射(XRD)、Raman光谱和高分辨率透射电镜(HRTEM)分析了产物的石墨化程度。研究结果表明:纤维素在生物质的石墨化过程中起主要作用,在相同处理条件下,由纤维素得到的产物石墨化程度最高,由木质素得到的产物石墨化程度最低,杉木屑和核桃壳2种生物质原料得到的产物石墨化程度介于纤维素和木质素之间,不同原料石墨化程度的显著差异可能是由于原料结构的差异造成的。同时电导率测试结果表明:20 MPa条件下,由纤维素得到的产物的电导率为54 S/cm,而由木质素得到的产物仅为31 S/cm,与石墨化程度的高低相对应。纤维素/木质素混合物的石墨化程度介于纤维素和木质素之间,两者不同质量比对混合物的石墨化程度影响不大。     

端氨基超支化聚合物接枝双醛基纳米纤维素的 制备及其对Ni2+的吸附

通过聚合反应制得一种端氨基超支化聚合物(HBP-NH_2),并以桉木浆为原料,经超声波辅助-TEMPO氧化制得羧基化纳米纤维素(CNC)、再经高碘酸钠氧化制得双醛基纳米纤维素(DNC),最后利用HBP-NH_2对DNC进行氨基化改性,得到端氨基超支化聚合物接枝双醛基纳米纤维素(HBPN-DNC),并对反应条件进行优化,当10%的HBP-NH_2溶液加入量为10 mL,反应温度为70℃,反应时间为4 h时N元素质量分数最高,达到6.0%。采用多种方法对纳米纤维素的结构和性能进行了表征,结果表明:氨基成功地接枝到了纳米纤维素链上,使得分子链变长,HBPN-DNC的热稳定性提高。HBPN-DNC对Ni(II)的吸附性能研究表明:室温条件下,当HBPN-DNC吸附剂用量为0.1 g,溶液初始质量浓度为500 mg/L且pH值为5.0的条件下吸附3 h,吸附量为150.21 mg/g。吸附过程符合准二级动力学吸附模型和Langmuir等温吸附模型,说明其吸附过程主要为单分子层的化学吸附。     

热解温度对黄藤炭导电性能影响研究

以黄藤为原材料,分别在500~1 200℃(每100℃为一个变化梯度)的温度条件下对其进行热解,研究热解温度对黄藤炭导电性能的影响。结果表明,800℃为黄藤炭化的一个节点,当炭化温度小于800℃时,得率随温度升高而减小,藤炭中含一定量的酯基、酚羟基、羧基等官能团,但随温度升高,其峰强逐渐减弱,样品中未出现石墨化结构,比表面积最大仅为30.89 m~2/g,在700℃时其电阻值高达830Ω;当炭化温度高于800℃时,得率基本保持在24%左右,未含有机官能团,石墨化程度随温度升高而增大,比表面积在900℃时达最大值342.69 m~2/g,材料电阻值仅为2.6Ω,具有优良的导电特性。     

炭化蔗渣负载钌催化剂的制备及其应用研究

以蔗渣为原料,采用炭化-浸渍法制备碳基钌催化剂(Ru/CSB),并将其应用于催化葡萄糖加氢制备山梨醇。利用XRD、SEM和TEM对催化剂结构进行了表征,并考察了不同反应条件对催化剂性能的影响以及催化剂的重复使用效果。催化剂表征结果显示:活性金属Ru很好地负载在炭化蔗渣(CSB)载体上,且分布均匀。在蔗渣炭化温度为450℃,催化剂用量(以反应体系质量分数计)为1%,氢气压力为3 MPa,反应温度为120℃,反应时间为2 h的条件下,葡萄糖转化率为99.41%,山梨醇得率为98.13%,山梨醇选择性为98.71%。催化剂的重复使用性能较好,在重复使用5次后,Ru的分散度下降,出现团聚现象,山梨醇的得率有略微的下降,为94.80%。     

烟杆炭化过程中结构变化的研究

为了研究烟杆炭化过程和产物炭的结构特征,采用热重分析(TGA)考察了烟杆的热解行为,并用X射线衍射对产物烟杆炭的结构进行了研究,同时还讨论了炭化温度(773~1 773 K)对烟杆炭结构的影响,提出了烟杆炭化过程的结构模型,探讨了烟杆的炭化机理。研究结果表明,烟杆在N2气氛中的热分解开始于433 K左右,在470~660 K范围内热解最为剧烈,且在943 K时热解反应基本结束,烟杆在1 273 K下热分解后的残炭率为27.15%;烟杆炭的XRD谱图中只存在(002)、(100)和(110)3个弥散的衍射峰,是一种典型的难石墨化炭材料,并且炭化温度越高,烟杆炭中的石墨状微晶其平均层间距d002越小,随炭化温度的变化,微晶层面沿c轴方向的堆积厚底(Lc)和沿a轴方向的微晶直径(La)分别在0.66~1.24 nm和2.64~4.26 nm之间变化,表明烟杆炭中的石墨状微晶c轴方向平均可堆积2~4层六角碳网层面,而a轴方向约含有10~18个芳环。     

N,P共掺杂香蒲基炭气凝胶的制备、表征及其电化学性能

以香蒲花序为原料,NH₄H₂PO₄为掺杂剂,经酸性NaClO₂预处理、超声波细胞破碎处理、冷冻干燥、高温炭化制备N、P共掺杂香蒲基炭气凝胶(NPCA)。采用SEM、N₂吸附/脱附、XRD、XPS对NPCA的形貌、孔隙结构、晶相结构、表面化学组成进行表征,系统研究了掺杂量和炭化温度对NPCA电化学性能的影响。研究结果表明：NPCA是由无定形炭组成的三维网状立体结构;NPCA表面氮元素以吡啶氮(N-6)、吡咯氮(N-5)、石墨化氮(N-Q)和氧化氮(N-X)的形式存在,磷元素以P—O和P—C的形式存在。NH₄H₂PO₄的掺杂量和炭化温度影响NPCA的孔隙结构及表面化学结构。NPAC的较佳制备条件为：香蒲纤维素与NH₄H₂PO₄的质量比为1∶2,炭化温度800℃。此条件下制备的NPAC-2-800具有丰富的孔隙结构和表面官能团,比表面积为599.88 m...     

油茶果壳活性炭的制备及其吸附性能

以废弃的油茶果壳为原料,通过炭化及Na OH活化等工艺可以制备出具有高比表面积和优异吸附性能的油茶果壳活性炭。然而较高的炭化温度不仅造成能源的浪费,而且可能导致油茶果壳活性炭结构及吸附性能的大大减弱;因此,优化油茶果壳活性炭制备工艺,对提高其吸附性能及废弃油茶果壳的增值化利用非常重要。采用单因素实验法探究了炭化温度和Na OH用量等制备条件对油茶果壳活性炭得率、结构及吸附性能的影响,结合扫描电镜(SEM)分析和X射线衍射(XRD)分析对油茶果壳活性炭的结构和微观形貌进行了评价。研究结果表明,随着炭化温度的升高,炭化物得率不断降低,活性炭吸附性能先略微升高后逐渐下降;随着Na OH用量的增加,活性炭得率不断降低,其吸附性能先上升后略有下降。在较佳的工艺条件(炭化温度290℃、碱炭质量比3∶1)下制备的油茶果壳活性炭的比表面积为2 329.1 m2/g,亚甲基蓝吸附量和脱除率分别为1 573.6 mg/g和98.3%。SEM结果表明,所制备的活性炭具有良好的多孔结构,在孔壁上广泛分布有微小的孔道; XRD结果表明,油茶果壳活性炭具有较低的石墨化程度。本研究采用较低的炭化温度和较低的Na OH用量制备出了性能优异的油茶果壳活性炭,对油茶果壳的高值化利用具有重要意义。     

纤维素多孔吸附材料的制备

将纤维素溶解在氢氧化钠/尿素/水溶液中,与新戊二醇二缩水甘油醚(NGDE)发生交联反应,经过离心水洗纯化后冷冻干燥,制备了纤维素多孔材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM),对制备的纤维素多孔吸附材料的化学结构、晶型结构、热稳定性及微观形貌进行表征。研究了NGDE的用量和水凝胶质量分数对纤维素多孔材料的密度及吸水性能的影响。结果表明,4 g纤维素溶于100 g NaOH/尿素/水(质量比为7∶12∶81)溶液中制得纤维素溶液,在NGDE的用量18 m L,水凝胶质量分数为1.5%时,制备的纤维素多孔材料的密度为15.7 mg/cm3,吸水倍数达37倍,对此条件下制备的纤维素多孔材料进行结构分析,表明纤维素多孔材料具有连续的网状孔结构,纤维素的晶型由纤维素Ⅰ型转变为非晶态结构,初始热分解温度在250℃以上,热稳定性好。     

磷酸催化竹材炭化的FT-IR分析

通过比较分析不添加和添加磷酸的竹材在不同炭化温度的炭化固体产物的红外光谱,探讨了磷酸对竹材热解过程以及所形成的炭的微观结构变化的催化作用。结果显示：1）磷酸能显著地催化竹材的主要成分（尤其是木质素）的热分解;同时能显著地催化芳环的形成和稠合,从而促进类石墨微晶的形成;2）在磷酸的催化下,400℃前是竹材中主要化学成分的热分解和芳环的形成过程,而400℃后是芳环的形成、芳环的稠合以及类石墨微晶的形成过程;3）红外光谱是研究炭化植物纤维中半纤维素、纤维素和木质素的热解变化过程和炭化产物炭微观结构的形成和发展的有效手段。     

纸基炭电极材料的制备及其电化学性能研究

以工业滤纸为炭基材料,聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚醚(普朗尼克F127)为软模板,1,3,5-三甲苯为扩孔剂,在添加3-氨基苯酚(氮源)和六次甲基四胺的条件下进行水热合成反应制得纸基复合材料,并经炭化制得氮掺杂介孔炭化复合材料(NMC-700),进一步KOH活化后制得活化氮掺杂介孔炭化复合材料(ANMC-700),同时以工业滤纸直接炭化制得的炭化滤纸(C-700)样品为对照,采用SEM、TEM、XRD、XPS等方法对3种炭材料进行了表征。研究结果表明:ANMC-700表面形成了粒径0.6～7μm的炭微球,孔结构由随机分布、蠕虫状的孔组成,比表面积高达1 559 m~2/g,孔容为0.80 cm~3/g,且氮原子已经成功掺杂到炭骨架中,含氮量为3.60%,含氧量为13.65%。电化学性能测试结果表明:以6 mol/L KOH为电解质溶液,在1 A/g的电流密度下,ANMC-700的比电容可达284 F/g,在20 A/g的电流密度下其比电容仍能保持在173 F/g,并在此电流密度下经过10 000次循环充放电,其电容保持率在98.6%,表现出良好的电化学稳定性。     

微晶纤维素氰乙基化及其反应动力学研究

通过微晶纤维素的氰乙基化试验,研究了反应温度和反应时间对氰乙基化产物取代度(DS)的影响,表明在50℃以下,微晶纤维素的氰乙基化取代度随反应温度的升高和反应时间的延长而增加。傅里叶红外光谱分析显示微晶纤维素氰乙基化后羟基峰明显减弱,并形成了新的碳氮三键吸收峰,证明纤维素中的部分羟基氢被氰乙基所取代。X射线衍射分析显示微晶纤维素中原有的结晶结构被破坏。X4显微熔融温度测定仪、维卡软化点测定仪等的分析表明微晶纤维素氰乙基化产物的热塑性先随取代度的升高而提高,取代度超过1.43后,产物的热塑性又随取代度的升高而下降。确定了微晶纤维素氰乙基化在不同温度(30、35、40和45℃)下的反应速率常数(分别为1.30、1.61、1.94和2.26 s-1),计算出了微晶纤维素氰乙基化反应的表观活化能为29.8 kJ/mol。     

端氨基纳米纤维素的制备及对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

以桉木浆为原料,经TEMPO氧化制得羧基化纳米纤维素(CNC)、再经高碘酸钠氧化制得双醛基纳米纤维素(DANC),最后利用二乙烯三胺(DETA)通过席夫碱反应对其进行氨基化改性,得到端氨基纳米纤维素(ANCC)。采用多种方法对纳米纤维素的结构和性能进行了表征,结果表明:DANC含醛基为2.95 mmol/g,ANCC含氨基为1.7 mmol/g,DETA上的氨基成功地接枝到了纳米纤维素链上,使得分子链变长,ANCC的热稳定性提高。ANCC对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究表明:室温条件下,当ANCC吸附剂用量为0.1 g,溶液初始质量浓度为400 mg/L且p H值为5.0的条件下吸附3 h,吸附量为210.15 mg/g。吸附过程符合准二级动力学吸附模型和Langmuir等温吸附模型,说明其吸附过程主要为单分子层的化学吸附。     

Ru-Ni/WO3催化剂的制备及其催化纤维素制乙二醇

以商业氧化钨(WO₃)为载体，通过调控制备工艺和活化方式制备了一系列钨基金属催化剂并探索其催化性能。研究结果表明：通过浸渍负载法制备并采用NaBH₄液相活化制备的Ru-Ni/WO₃催化剂，Ru和Ni的负载量分别为2%和20%,其表现出较好的纤维素氢解制乙二醇的催化性能，在240℃、 4 MPa氢压下，反应4 h可以得到86.1%纤维素转化率和62.8%的乙二醇选择性。采用XRD、SEM、Raman和XPS等表征手段探讨了催化剂组成和结构对其催化性能和产物分布的影响机制，Ni和Ru分步浸渍、然后NaBH₄液相还原活化的双金属催化剂会比普通浸渍和氢气热还原活化的催化剂更易被还原，同时具有更大的比表面积和金属分散性，表现出更多的表面缺陷和酸活性位，从而有利于催化纤维素直接氢解转化制备乙二醇。     

麦草催化热化学液化产物的组成分析

麦草和纤维素、木质素等原料分别在乙二醇反应介质中，以浓硫酸/苯酚为催化剂进行液化反应。分析了液化产物组成，探讨了液化过程中各成分的液化情况。实验表明：麦草中要木质素组分在酸性条件下酚化降解，生成一系列单体、二聚体和多聚体，纤维素则最终降解生成乙二醇缩-2-羰基戊酸乙酯。元素分析显示，麦草、碱木质素液化残渣主要成分为灰分，且灰分中主要成分为SiO2。残渣中碳的含量比原料有显著增加，显示原料在反应条件下发生炭化。测定了产物的相对分子质量分布，发现随着反应的进行，降解和缩合同时发生，从而导致相对分子质量分布变宽。     

喷雾热解制备落叶松基炭球及其电化学性能

以落叶松木粉为原料,木粉液化后与甲醛制得落叶松基树脂,并以树脂作为碳前驱体,利用超声波喷雾热解法制备落叶松基炭球(LCSs)。通过改变炭化温度和落叶松基树脂质量分数制备得到不同的LCSs样品,采用SEM、TEM、N_2吸附-脱附等温线、XRD、Raman对LCSs的表面形貌、孔结构、晶型结构和石墨化程度进行表征,并对样品的电化学性能进行测试。研究结果表明:所制备的LCSs为无定形的规则球形结构,在炭化温度900℃、落叶松基树脂质量分数1%下制备得到的样品LCSs3的比表面积高达626.6 m^2/g,总孔容达到0.345 cm^3/g;在6 mol/L KOH电解液中,电流密度为0.2 A/g时比电容为309 F/g,当电流密度增加到5 A/g时,比电容为173.7 F/g,其比电容保持率为56%,显示了优异的倍率性能。     

碱木质素三步法制备微米尺寸球形活性炭研究

以碱木质素为原料采用球形木质素前驱体,炭化,活化三步法制备微米尺寸的球形活性炭。研究了球形木质素前驱体的制备条件及活化条件对球形活性炭的粒径大小、结构形貌、孔结构的影响;采用扫描电子显微镜(SEM)、低温N2吸附-脱附以及傅里叶红外光谱(FT-IR)对产物的形貌结构、吸附性能和表面官能团进行了表征。结果表明,当反应温度为90℃,反应时间10 h,搅拌速度200 r/min,p H值为3.0的条件下,制备出粒径为5μm左右、球形形貌完整的球形木质素前躯体。通过对球形木质素前躯体在300℃炭化以及850℃下CO2活化,制备出比表面积为776.96 m2/g,总孔容为0.487 1 cm3/g,平均孔径为2.51 nm的球形活性炭。     

水热炭化微晶纤维素制备炭球-活性炭复合材料

以微晶纤维素(MC)为原料,柠檬酸为催化剂,活性炭为载体,经水热炭化法形成炭球并负载于活性炭的表面和孔内合成含氧官能团丰富的炭球-活性炭复合材料。用扫描电镜(SEM)、低温液氮吸附(N2/77K)、傅里叶红外(FT-IR)和水相三价铬吸附实验对炭球-活性炭复合材料的表面负载炭球形貌、孔隙结构、含氧官能团种类和重金属离子的吸附性能进行表征。研究表明:MC在柠檬酸的催化作用下,在水热条件下可以形成形貌良好、结构规整的炭球,炭球负载于活性炭表面和孔内部。炭化温度、炭化时间和MC质量浓度,均能影响炭球的粒径和数量。炭球-活性炭复合材料的表面富含—OH、COOH、C=O等含氧官能团;当MC质量浓度为2.0 g/L时,复合材料对Cr3+的单位质量吸附量最大为0.356 mg/g,是活性炭的5.65倍。     

利用Hummers法混合酸液制备氧化石墨烯/纤维素复合材料

Hummers法是制备氧化石墨烯(GO)的一种重要方法,其操作简单、反应条件温和,但该方法反应结束后混合液中仍残留大量的酸。在不对Hummers法制备的混合液进行任何洗涤过滤处理的前提下,直接将经过预处理的木质纤维素溶解于混合液中,在45℃水浴条件下反应2 h后,将混合物透析处理至中性,并经冷冻干燥或超声-冷冻干燥处理后制得GO/纤维素复合材料。采用SEM、XRD、红外及拉曼光谱等表征方法对GO/纤维素复合材料进行分析。结果表明,利用本研究的方法可制备GO/纤维素复合材料,且该复合材料的冻干粉易分散于水溶液中,且溶液能稳定保持一段时间。该研究简化了制备GO/纤维素复合材料的方法,缩短了反应时间,节约了制备成本,充分利用了反应液中的硫酸,可在一定程度上降低对环境的影响。     

Ni-P/rGO复合催化剂的制备、表征及其松香加氢性能研究

以鳞片石墨为原料,采用改良后的Hummer s法制备了氧化石墨烯(GO)分散液,然后以化学还原法制备非晶态Ni-P/rGO复合催化剂,并以松香加氢为探针反应考察了催化剂制备条件对催化性能的影响,进一步通过正交试验优化了松香加氢反应的工艺条件。结果表明:在Ni元素与GO质量比为6∶1、溶液pH值为11、n(P)/n(Ni)为5∶1、温度为70℃的优化制备条件下,以及反应时间4.5 h、催化剂用量5%、反应温度200℃和反应压力4.5 MPa的适宜加氢反应条件下,该催化剂对松香加氢具有较高的活性,枞酸型树脂酸转化率达99.37%,且重现性良好,该催化剂重复使用7次仍能保持较高的催化活性。X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明:非晶态Ni-P/rGO复合催化剂已经成功制备,未与rGO复合的Ni-P粒子颗粒较大且分散性较差,使用7次后复合催化剂中Ni 0含量相对下降,活性组分流失导致催化活性稍有降低。     

马来酸乙基纤维素的制备与表征

为提高乙基纤维素的进一步应用,以乙基纤维素为原料,马来酸酐为衍生化试剂,制备了马来酸乙基纤维素,通过红外、核磁、X射线衍射、差示扫描量热(DSC)等手段对其结构及性质进行了表征,研究了反应各因素对产物取代度的影响,确定了马来酸乙基纤维素(ECMA)最佳反应条件为:马来酸酐与乙基纤维素中羟基总量物质的量之比为4:1,反应...