木质素基炭纳米片的制备及其电化学性能

为了获得性能优良、成本低廉的二维炭材料,选择木质素磺酸钠为碳源、硼酸作为模板剂,经溶液混合、高温炭化和沸水回流等过程制得木质素基炭纳米片,当m(硼酸)∶m(木质素磺酸钠)为1∶1、5∶1和10∶1时,分别标记为SLB-1、SLB-5和SLB-10。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段分析了炭纳米片的微观形貌,采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和激光拉曼光谱等手段检测了炭纳米片的晶体结构、元素组成和表面性质,通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和交流阻抗(EIS)等方法检测了炭纳米片的电化学性能,结果表明:SLB-5具有完好的二维片层结构,通过调整硼酸与木质素磺酸钠的质量比,可以有效调控炭纳米片的厚度。SLB-5具有一定的石墨化程度,模板剂被完全去除,含氧元素高达16.63%,同时,SLB-5炭纳米片厚度达到纳米级,电流密度为1 A/g时比电容为350.79 F/g,电流密度增加到10 A/g时比电容仍可以保持79.95%,循环5 000次后比电容可以保持90%以上。     

降解木基多孔炭材料的制备及其性能研究

为得到电化学性能优良的超级电容器电极材料,以廉价易得的蘑菇培养基废料降解木为碳源,KOH为活化剂,经水热炭化和高温活化在不同炭化样品与KOH质量比(炭碱比,1:1、1:2和1:3)下制备三维多孔炭材料(PC-1、PC-2和PC-3).通过SEM、TEM、N2吸附-脱附、XPS、XRD、拉曼光谱等测试手段进行表征,结果表...     

竹基超厚炭电极材料的制备及其电化学性能研究

以竹材为原料,通过直接炭化的方法保留竹材直孔结构制得超厚(2.5 mm)竹炭电极材料.在700、800和900℃炭化温度下分别制得竹炭材料Z-700、Z-800和Z-900,采用SEM、XPS、拉曼光谱等方法对竹炭材料进行表征.结果表明:竹材经过炭化处理后,仍保持原有孔道结构,其中炭化样品Z-900具有较高的BET比表...     

生物质成型炭的制备及其性能研究

以生物质炭粉为原料制备成型炭燃料,考察了黏结剂种类、用量以及热处理温度对成型炭性能的影响.结果表明:羧甲基纤维素用作黏结剂制备得到的成型炭性能优于以淀粉为黏结剂制备的成型炭,并且得到最优的工艺条件为黏结剂添加量为6％,在200℃下热处理1h.测定了制备得到的成型炭的理化性能,其固定碳质量分数可达到88.95％,热值为30.6 kJ/g,强度为99.83％.     

磷酸法木质素基活性炭的制备及其电化学性能研究

以杨木木质素为原料,采用磷酸活化法制备中孔发达的活性炭,并利用孔结构分析、XRD、拉曼光谱,研究了活化温度(400～900℃),以及磷酸与木质素质量比(浸渍比,1:1～4:1)对活性炭LAC-x-y(x代表浸渍比值,y代表活化湿度)结构的影响,通过电化学表征手段,探讨了炭材料的电化学性能与其结构的关系.孔结构分析结果表...     

纳米炭球及其衍生物水热法制备研究进展

综述了近年来采用水热法制备炭球及其衍生物的研究进展。主要从水热合成纳米炭球原料、产物形貌控制方面进行综述,总结了纳米炭球及其衍生物的生成机理,介绍了纳米炭球的重点应用领域及发展方向。     

木质纤维素基复合碳气凝胶的制备及其电化学性能

以纤维素纳米纤丝和多壁碳纳米管为主要原料,采用一步水热法、冰模板法冷冻干燥以及高温煅烧法,成功制得具有多级连通类木材管胞状孔结构的氮掺杂碳点的复合衍生碳气凝胶,并对其微观形貌、化学结构、比表面积和孔隙度进行表征。通过循环伏安测试、恒电流充放电测试、交流阻抗测试和长循环测试等电化学表征手段分析其电化学性能。结果表明：碳气凝胶表面经高温煅烧得到大量氮、氧杂原子掺杂的碳微颗粒和碳微绒毛,提高了碳气凝胶的缺陷态结构含量和比表面积,其比表面积可达377.9 m²/g;在三电极测试体系下,比电容可达121.8 F/g(测试电流密度为0.2 A/g,电压窗口为-0.2～0.8 V);在2 A/g的电流密度下,进行5 000次充放电循环后,电容保持率可达131.7%。衍生碳气凝胶独特的微观形貌和高比表面积,为能量存储提供了更快速和便捷的电子/离子传输通道、优异的导电性和更高的比容量,为超级电容器等储能器件电极材料的设计提供了木基生物质资源利用的新思路。     

氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能

以桉木木质纤维素作原料,六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂,NaOH作为共活化剂,采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料,采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明：活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构,平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器,在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5 000次,电容保持率98.9%。     

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...     

成型炭生产过程中气、固产物特性及利用

研究了生物质成型炭生产过程中热解温度对气、固产物性能的影响,为更好地利用气、固产物,完善生产装置的设计及生产工艺技术路线提供了理论指导.研究表明:分别以木屑、玉米秸秆、稻壳为原料,在本研究系统中,就气体产物而言,炭化炉热解气体热值在200～450 ℃温度范围内均随炭化温度的上升而增加,在450℃左右时气体热值达到最大值,然后有所下降;就固体产物而言,随着最终精炼温度的提高,成型炭产品的挥发分含量递减,而固定碳含量及产品热值递增,但700℃以后其增加幅度变小,其中以木屑为原料制成的成型炭产品热值最高,品质最好.     

生物质热裂解反应器对镍/木炭催化剂重复使用过程中积炭的影响研究

为了研究生物质热解气化过程中,反应器类型对镍基催化剂的积炭和使用寿命的影响,以杉木屑为原料,研究了Ni/木炭催化剂分别在二段式和三段式热裂解反应器内重复使用次数对杉木屑热裂解产物及其催化剂质量的影响规律。结果表明:在杉木屑热裂解过程中,Ni/木炭催化剂上会同时发生炭的沉积和炭的氧化消耗2个过程,其质量的变化受这2个过程共同的影响,且镍基活性中心上的积炭比载体木炭更难以被氧化消耗。沉积在Ni/木炭催化剂上的炭主要是以纳米碳纤维的形式存在,且纳米碳纤维覆盖在金属镍上。在二段式反应器中,催化剂的质量是先减少,然后增加,再减少;而在三段式中,则是不断减少。采用三段式生物质热裂解反应器不仅可以显著延长Ni/木炭催化剂的使用寿命,而且可以充分利用热解气化过程所产生的副产物固体炭,从而降低生物质热解气化的催化剂使用成本。     

澳洲坚果壳活性炭制备的热解特性研究

以澳洲坚果壳为原料,磷酸为活化剂,利用同步热重-差热分析仪(TG-DTA)对澳洲坚果壳的热失重、热效应以及热解机理进行探讨.实验结果表明:不同条件下的澳洲坚果壳的热分析曲线都有两个失重阶段和相应的吸热峰或放热峰.澳洲坚果壳热解温度在200～410 ℃之间,800 ℃时残余量接近零.以磷酸为活化剂浸渍12和24 h的磷酸-澳洲坚果壳炭化和活化温度区间为130～400 ℃,800 ℃时残余量分别为34.431 %和17.743 %.磷酸-澳洲坚果壳较佳的活化温度在400 ℃左右,浸渍时间选择24 h为宜.同时随着浸渍时间的增加,DTG峰值温度呈现向低温推移的趋势,由未浸渍的363.63 ℃降至为243.71 ℃和238.37 ℃.磷酸浸渍对澳洲坚果壳有明显促进炭化作用,使其在130 ℃左右就开始热解炭化,研究结果为澳洲坚果壳活性炭制备提供理论依据.     

生物质快速热解技术现状及展望

概述了生物质能的转换利用方法,重点介绍了生物质的快速热解技术,综述了快速热解技术现．状及发展趋势。     

生物质热解气化产物中焦油的催化裂解研究

采用东北杨木屑为原料,在固定床二级催化裂解反应器上,试验了不同产地白云石催化作用下的焦油催化裂解过程,并对裂解温度和催化剂类型、反应停留时间等参数对焦油转化效果和热解可燃气的影响进行了分析。实验结果表明:裂解温度越高、停留时间越长、焦油的裂解效果越好,裂解温度达到1 000℃时,焦油的催化裂解率达到98.99%,不同产地白云石的催化裂解效果是有明显差异的,陕西产白云石在裂解温度900℃时裂解率达到95.14%。决定白云石催化裂解效果优劣的最重要的因素是白云石煅烧处理后比表面积的大小,比表面积越大,催化效果越好。要想得到好的焦油裂解效果,须选择高比表面积的白云石。     

操作条件对生物质热解的影响研究

阐述了生物质热解机理，并综述了热解温度、升温速率、物料的种类与形态、压力、滞留时间、反应气氛、物料含水率、灰分含量等因素对热解过程的影响。     

典型生物质快速热解工艺流程及其性能评价

生物质液体燃油被认为是替代日益枯竭的化石能源的一个重要生长点,快速热解液化已经具有了一定的研究基础和工程应用。首先分析快速热解前进行干燥和粉碎等预处理的原因,接着分析几种典型的热解工艺的流程和性能,最后得出要加大生物质热解机理研究力度的结论。     

生物质快速裂解液化工艺流程及输送系统选用

阐述了现有的生物质热裂解反应原理,并在生物质热解液化过程工艺的基础上对生物质热解液化装置输送系统的选用和设计做简要介绍,以解决生物燃油制备过程中物料的输送问题,为该项技术能够推广和实际应用奠定了基础.     

生物质热解液化装置结焦成因及除结焦研究

针对生物质快速热解液化装置管内结焦堵塞、气体无法迅速冷凝的问题,在对物料粒径大小及其密度分布,一级旋风分离后生物质炭的粒径密度、直径等性质的测量,以及结焦物中生物质炭质量分数、颗粒粒径等进行实验分析的基础上,在系统中增设了二级旋风分离器,对生物质热解产物进行二次气固分离,有效降低了系统中生物质热解气的含尘量,大大改善了管道结焦堵塞状况.     

层式下吸式气化炉中单颗粒生物质的热解模型

建立了层式下吸式气化炉中有焰热解区单个生物质颗粒的热解模型,耦合了传热方程和热解化学动力学方程,并利用三对角矩阵算法(TDMA)和四阶龙格库塔法进行了求解;分别针对普通无氧热解环境和层式下吸式气化炉中的有焰热解环境,运用文献中的试验结果对模型进行了验证,表明该模型能够较好地预测2种环境下颗粒内部不同位置的温度和热解速率;利用该模型对有焰热解区的生物质颗粒的热解过程进行了模拟分析。结果表明,层式下吸式气化炉有焰热解环境的传热参数为:对流换热系数(hs)为80.4 W/(m2·K)、炭的发射率(ε)为0.792。有焰热解过程中,颗粒内部的温度变化趋势与外部相反;颗粒的平均热解时间比普通无氧热解环境下缩短了16.52%;颗粒的升温速率为182.5 K/min,属于快速热解;随着有焰热解区火焰温度的升高,完全热解所需要的时间逐渐缩短,炭产量从16.92%逐渐降低到13.97%;随着颗粒直径的增加,热解时间逐渐增大,炭产量增加;有焰热解区的高度在6.59~44.1 mm范围内,相当于1.1~2.2个颗粒直径。     

甘蔗渣热解气化特性的研究

在实验条件下,考察反应温度、升温速率、物料颗粒大小等因素对蔗渣在水蒸气中的热解气化特性的影响。实验结果表明,热解终温越高,物料粒径越小,越有利于产生高质量的热解气。在先到达热解终温,再通入水蒸气的操作条件下,升温速率的改变对气化效果的影响并不突出,而热解终温是热解气化过程主要的决定因素。实验在最佳条件,温度采用粉末物料在1 000℃进行热解可以得到高热值合成气10 M J/Nm3,和较高的产气率1.7 m3/kg。