“煤基新材料开发”专题（《煤炭学报》）

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“煤基新材料开发”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“煤基新材料开发”主题论文。

行业视野: 煤化工
类别; 21个
关键词; 24位
专家; 5篇
论文; 6126IP
点击量; 2681次
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泥炭基活性炭水蒸气活化过程孔结构演化的碳烧失特征

作者(Author)：邓锋, 解强, 杨敏建, 万超然, 刘德钱, 梁鼎成

摘要：孔结构调控是活性炭制备研究的核心，碳烧失伴随并决定着孔结构的演化。为研究泥炭基活性炭孔结构演化过程中碳烧失特征，将贵州毕节泥炭样品破碎、粉磨，在氮气氛围进行热重分析，并采用无黏结剂压块成型，再破碎后、炭化，在不同活化温度、时间下水蒸气活化制得活性炭，测定活性炭样品的碘值、亚甲蓝值和焦糖脱色率吸附性能指标，利用气体吸附仪、拉曼光谱和扫描电子显微镜表征其孔结构、碳结构和微观形貌，研究吸附性能、孔结构、碳结构间的关系。结果表明:泥炭基活性炭的孔结构演化随活化温度的升高分为造孔(750~800 ℃)、扩孔(800~850 ℃)、孔塌陷(850~900 ℃)和炭表面烧蚀(900~950 ℃)4个阶段，分别以无序炭(D3)及散乱石墨层结构(D1)、散乱石墨层结构(D1)及平行的石墨层间的不规则层(D2)、活性位点碳(D4)、规则的石墨微晶结构(G)的烧蚀为主;随活化时间的增加分为充分发育期(60~120 min)和过度发育期(120~150 min)2个阶段，分别以无序炭(D3)和活性位点碳(D4)的烧蚀为主。炭表面烧蚀或孔结构过度发育之前有效的调孔以全程清除无序炭、部分消耗缺陷微晶炭、少量激活活性位点碳来实现。随活化程度的加深，活性炭的碳烧失由颗粒内表面为主转为由内向外、再转为由外向内，表面孔依次呈现出生成、融并和坍塌的形貌特征。

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煤炭学报

2020年第08期

828

418
煤基新材料-煤基石墨烯的制备及石墨烯在导热领域应用研究进展

作者(Author)：闫云飞, 高伟, 杨仲卿, 张力, 冉景煜

摘要：以石墨烯等为代表的具有优良物性和高附加值的新型材料得到越来越广泛的研究和应用，煤作为一种低价的高碳资源可通过不同的物理或化学方法制备成石墨烯及其化合物，使煤炭达到清洁高效利用，形成高附加值的煤基新材料。本文首先对石墨烯的制备方法进行综述进而引出煤基石墨烯的制备方法。煤基石墨烯是以煤炭为原料转化而成的石墨烯，通过高温热处理后，采用常规石墨烯的制备方法获取煤基石墨烯。随后对石墨烯具有超高的导热性能机理进行分析。随着电子工业的快速发展，越来越多的高性能电子产品面临越来越大的散热困境。石墨烯的导热系数是目前已知材料中最高，远超常规金属。利用石墨烯具有超高的横向导热机理，其单质或化合物可作为电子元器件理想的散热材料，逐渐取代传统金属导热材料，应用前景广阔。再分别对少数层石墨烯、石墨烯的复合材料、氧化石墨烯的复合材料在导热领域方面的研究进展及性能表现进行综述。其中石墨烯的复合材料的导热能力更强，应用范围更广。借助外力使石墨烯纳米片取向与传热方向对齐，可极大提高石墨烯复合材料导热能力。为进一步扩大石墨烯的应用范围、增强石墨烯平面外导热能力，可将石墨烯与碳纳米管结合。最后对煤基石墨烯的制备及石墨烯在导热领域的研究方向及发展前景进行了展望。

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煤炭学报

2020年第01期

1636

720
煤炭分级利用新思路-事前分离与精准利用

作者(Author)：秦志宏, 杨小芹, 林喆, 陈强

摘要：煤炭作为一种重要的能源和资源，其主要利用方式仍限于近百年前甚至千年前所形成的技术基础：燃烧、气化、焦化和液化。借助石油先分离馏分再分别加工利用的思路，在发明萃取反萃取法分离煤族组分的基础上，提出“事前分离与精准利用”的煤炭分级加工利用新思路，即先将煤全组分在常压室温下分离成重质组、密中质组、疏中质组和轻质组四大族组分，再针对各族组分自身的组成结构特点及其所展现的特殊性质，施以针对性的精准加工利用，使其使用价值获得最有效发挥，提高煤炭的综合利用效益。根据这一思路，本文在前期构建的煤嵌布结构模型理论及炼焦煤结焦新机理的基础上，进一步总结了课题组近年来在族组分分级利用方面所展开的实验研究及进展，探究了各族组分在资源化利用方面的可能途径，讨论了具体的加工利用方法及其产品性能，具体包括由疏中质组制备泡沫炭及多孔电极材料、密中质组制备中间相半焦、密中质组制备膜分离材料的理论分析、实验验证和工艺条件研究等，以及通过这些族组分建立新的炼焦配煤方法的理论依据和实验结果。结果表明:萃取反萃取法第1次实现了煤炭有机质在使用前的聚类分离;分离出的族组分彼此性质差别巨大，甚至是煤炭产生某方面特性的源质组分，如密中质组是炼焦煤产生流动性及生成中间相的源质组分，疏中质组是炼焦煤产生膨胀性的源质组分等;对这些源质分别进行的加工和转化，初步实现了各族组分“各尽其才”的资源化精准利用目标;所获得的初期产品性能良好，加工工艺简单，过程稳定可靠;提出的“事前分离与精准利用”设想完全可行。

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煤炭学报

2020年第01期

1486

1161
针对SO2脱除的煤基活性炭结构及表面优化调控

作者(Author)：于馨凝, 林国鑫, 刘少俊, 郑成航, 高翔

摘要：以神华褐煤为原料，ZnCl2为活化剂，采用化学活化法制备煤基活性炭，并通过NaOH溶液改性调控活性炭表面的化学官能团，进行烟气中SO2吸附的研究。利用扫描电镜观察活性炭的表观形貌，利用低温N2吸附法表征活性炭的比表面积及孔隙结构，利用红外光谱和Boehm滴定法考察活性炭的表面化学官能团。基于响应曲面法(RSM)，对煤基活性炭的制备工艺参数进行了详细探究，建立了炭化温度、炭化时间、升温速率对活性炭比表面积的预测模型。通过响应曲面法得到的煤基活性炭制备实验优化工艺条件为:炭化温度700 ℃，升温速率15 ℃/min，炭化时间3 h。得到活性炭的BET比表面积为599 m2/g，微孔比表面积为269 m2/g。考察NaOH溶液浓度对煤基活性炭的孔隙结构、表面化学官能团及SO2吸附量的影响机制。结果表明,NaOH改性后活性炭的表面更加凹凸不平，孔结构被剧烈破坏，活性炭的孔径主要分布在0.5-0.6，0.7-0.9和1.0-4.0 nm范围。在20%NaOH浓度改性时，活性炭具有最高的比表面积(681 m2/g)和微孔比表面积(292 m2/g)。说明低浓度的碱处理对活性炭有扩孔的效果，而碱浓度过高会导致孔结构破坏，比表面积和孔容下降。随着NaOH浓度的增加，活性炭表面的羧基、羟基等酸性基团的含量下降，而羰基等碱性基团的含量则明显增加。30%NaOH浓度处理样品的碱性基团含量最高，可达到0.557 mmol/g。进一步对活性炭的微孔比表面积、碱性官能团含量与SO2吸附量的相关性进行分析，发现SO2吸附量与微孔比表面积和碱性官能团含量都呈现正线性相关关系，且碱性官能团含量的相关性高于微孔比表面积。因此，表面碱性官能团和微孔结构有利于SO2在活性炭表面的吸附。

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煤炭学报

2019年第05期

1238

369
基于Diels-Alder化学合成煤基高能量密度燃料的模型物反应研究

作者(Author)：毛学锋, 胡发亭, 李军芳, 赵鹏

摘要：选取基于煤基油中轻质芳烃为前驱体化学合成高能量密度燃料的工艺过程为研究对象,利用轻质芳烃模型化合物,研究了其Diels-Alde化学合成高能量密度燃料过程的反应机理与催化原理。结果表明,在分子筛催化剂作用下,以苯、甲苯、二甲苯和四氢萘等芳烃为前驱体可与降冰片烯发生Diels-Alde化学合成,生成具有多个封闭环平面组成的立体分子构型的高能量密度燃料。其转化率分别为85.2%,93.1%,99.0%和98.3%,选择性分别为95.2%,93.5%,95.5%和15.3%,轻质单环芳烃(BTX)具有优异的选择性和反应性;MCM-22催化剂因具有较大的孔结构和适度的酸性,其反应活性高于ZSM-5,SAPO-34和ZSM-35催化剂;增加反应时间和升高反应温度均有利于Diels-Alder合成反应。通过轻质芳烃模型物化学合成制备的高能量密度燃料具有较高的密度和能量密度,分别为0.941 8 g/cm3和43.79 MJ/L,远高于石油基和煤基喷气燃料。煤基石脑油经过催化重整后,可得到富集轻质芳烃组分,其单环芳烃(BTX、苯、甲苯、二甲苯)含量高达71.05%,另外,仍可通过柱层析或萃取精馏等先进的分离富集技术,进一步提高轻质芳烃组分富集度。因此,以煤基石脑油为起始原料,通过催化重整或柱层析分离后,得到的富集轻质芳烃组分完全可作为前驱体化学合成真实体系下的煤基高能量密度燃料。

煤炭学报

2018年第07期

938

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