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“先进碳材料“专题

来源：洁净煤技术

行业视野: 新能源
类别; 58个
关键词; 69位
专家; 16篇
论文; 11085IP
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改性处理对煤基电容炭结构及电化学性能的影响

作者(Author)：张兆华, 王谦, 张步勤, 张风梅, 张传祥, 黄光许, 邢宝林

摘要：超级电容器是一种新型储能装置，电极材料作为其关键部件一直备受关注，其中电极材料的改性处理对于高性能超级电容器的研究至关重要。以河北无烟煤为前驱体，KOH为活化剂，碱与煤的质量比为2∶1，活化温度为800 ℃制备具有高比表面积的煤基电容炭(2 586 m2/g)。以煤基电容炭为原料，考察了电容炭在不同温度(600～1 000℃)氢热还原过程中微观结构与表面化学性质的演变及其对电化学性能的影响。结果表明，随着氢热还原温度的升高，样品的比表面积先略微升高后逐渐降低，中孔率较原煤基电容炭相比均有不同程度的提高。其中，700 ℃氢热还原处理得到的样品具有较低的氧含量(0.35%)、较强的导电性、与有机电解液之间较好的润湿性以及较高的缺陷程度，电化学性能得到显著的提高，具有较高的比电容(0.5 A/g电流密度下为179 F/g)、能量密度(33.36 Wh/kg)、功率密度(1 014.75 W/kg)、倍率性能(电流密度为5 A/g时的电容保持率为58.7%)和循环稳定性(5 000次循环电容保持率为82%)。对于煤基电容炭而言，氢热还原是一种良好的改性处理方法。

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2022年第04期

864

616
烟气净化用活性炭脱硫脱硝机理研究与发展趋势

作者(Author)：解炜, 李小亮, 陆晓东, 麻荣福, 吴倩, 吴涛, 李龙

摘要：基于烟气净化用活性炭特性阐述其脱硫脱硝机制，列举了活性炭干法烟气净化技术的适用领域，将关键应用指标与实验室测试相结合。根据烟气净化用活性炭应用状况及运行成本分析，探讨烟气净化用活性炭生产技术的发展趋势。结果表明：活性炭干法烟气净化技术适用于烟气流量大、污染物成分复杂的矿石烧结、球团等烟气净化处理，装置占地小、流程短且可靠性高，适用于场地空间受限的焦化烟气处理升级改造工程，且运行成本较低。活性炭烟气净化技术的主要优势是在低温（＜200 ℃）条件下仍具有SCR脱硝催化活性，但在超低排放标准实施的背景下，脱硝效率偏低为其主要劣势之一。在现有烟气净化用活性炭应用及运行状况下，降低烟气净化用活性炭生产成本是关键。选用含碳量高的固体废弃物作为原料，采用干式黏结剂成型、炭化-活化一体工艺是未来发展趋势。

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2021年第06期

581

477
煤基中空板式炭膜的研制及其在含酚废水处理中的应用

作者(Author)：潘宗林, 徐瑞松, 李琳, 宋成文, 王同华

摘要：电场强化煤基导电炭膜实现了电化学氧化与膜分离的一体化耦合，展现出优异的有机废水处理性能。以煤为原料制备了新型煤基中空板式炭膜（HPCM），采用扫描电子显微镜（SEM）、孔径分布仪、四探针分析仪、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪对炭膜的结构性能进行表征，采用电化学工作站分析了炭膜的电化学活性；并以典型难降解有机物苯酚为目标污染物，考察了HPCM在外加电场的作用下对模拟含酚废水的处理性能。研究表明，所制备炭膜具有发达的孔隙结构，平均孔径和孔隙率分别为0.71 μm和47.73%；炭膜的炭结构以碳微晶结构为主，但整体无序度较高；炭膜具有良好的导电性能和电化学性能。在未施加电场的情况下，炭膜对废水中的苯酚分子没有明显的去除性能；外加电场作用下，HPCM对苯酚具有良好的电化学氧化作用，其对苯酚的主要氧化机理包括直接氧化和间接氧化；在最佳的操作条件：外加电压为2.5 V、苯酚质量浓度为100 mg/L、流速为5 mL/min，HPCM对苯酚的去除率达到了98%左右，对COD的去除率高达82.15%。这些结果表明所制备煤基中空板式炭膜在含酚废水处理领域展现了良好的应用前景。

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2021年第06期

391

245
煤层气中CH4/CO2分离用椰壳活性炭的制备

作者(Author)：梁江朋, 马博文

摘要：为解决煤层气中CH4/CO2分离用吸附剂的难题，以椰壳炭化料为原料，通过水蒸气活化工艺制备活性炭吸附剂，考察了活化温度、活化时间和改性剂添加量对变压吸附分离CH4/CO2性能的影响。结果表明，制备活性炭吸附剂最适宜的条件为：炭化温度600 ℃，活化温度800 ℃，活化时间30 min，改性剂添加量10%。最适宜的条件下制备的活性炭吸附剂对CH4和CO2的饱和吸附量分别为2.34 mmol/g和3.23 mmol/g，CO2/CH4平衡吸附分离系数可达到10.27，较不改性条件下平衡分离系数提高了190%，对CO2/CH4有良好的分离效果。随着活化温度的提高，CO2/CH4平衡吸附分离系数和CO2和CH4的吸附量均呈现先增加后降低的趋势,这是由于活化温度达到800 ℃后，活化温度反应速度显著增快，使微孔壁面容易烧穿形成中孔，甚至进一步形成大孔，活性炭吸附剂比表面积降低，微孔数量变少，吸附能力降低；随着活化时间的延长，CO2/CH4平衡分离系数和CO2和CH4的吸附量呈现先增加后降低的趋势，这是由于活化时间达到30 min后，更多的水蒸气和炭发生反应，使开始形成的微孔被烧穿，导致比表面积和微孔体积降低，对CO2和CH4的吸附能力也随之降低，对CO2的吸附能力降低更明显；随改性剂添加量的增加，CO2/CH4平衡分离系数逐渐增加，CO2和CH4的饱和吸附量呈现先增加后降低的趋势，吸附剂对CO2的吸附性能明显提高，对CH4的吸附性能则明显降低。

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2021年第03期

367

193
表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

作者(Author)：张风梅, 张传祥, 张兆华, 李媛媛, 苏怡帆, 黄光许, 邢宝林

摘要：以河北无烟煤为原料，KOH为活化剂，采用化学活化法制备具有超高比表面积的煤基电容炭，考察电容炭的比表面积对电容器电化学性能的影响。结果表明：随着碱煤比的增加，所制样品的比表面积、总孔容、中孔率增加。当碱煤比达到3.5时，所制多孔炭的比表面积、总孔容、中孔率分别为3389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。对于无机/有机体系，当电容炭的比表面积小于2400 m2/g时，电容器的比电容随比表面积的增大增幅明显。当电容炭的比表面积大于2400 m2/g时，随着比表面积的继续增大，对无机体系，电极材料的比电容几乎维持不变，比电容最高可达331 F/g；对有机体系，电极材料的比电容虽持续增加，但增幅减缓，比电容最大为192 F/g。由此可知，提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能，但并非比表面积越大越好。以煤为原料制备电容炭，可提升煤的附加值，具有很好的市场前景。

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2021年第01期

733

266
榆林长焰煤制备活性炭试验研究

作者(Author)：张旭辉

摘要：为优化煤基活性炭制备工艺参数，以陕北榆林原煤制备活性炭，设计搭建了制备活性炭的炭化、活化试验装置，开展了影响活性炭吸附性能的因素试验，采用正交试验方法分别对炭化过程和活化过程进行试验，以化工废水COD去除能力作为主要评价手段确定最优工艺参数，并对最优工艺参数制备的活性炭进行BET和SEM的表征分析，查找影响COD去除能力的主要因素。结果表明：以红柳林原煤为原料，通过炭化活化工序制备活性炭，原煤炭化工艺因素的影响程度依次为炭化温度、升温速率、炭化停留时间，最佳炭化工艺参数为炭化温度600 ℃、升温速率2 ℃/min、炭化时间30 min，该条件下炭化料的碘吸附值为135.66 mg/g；说明原煤经炭化后，炭化料有初步的吸附能力和孔隙结构，有利于进一步活化成活性炭；炭化料活化工艺因素的影响程度依次为活化温度、活化时间、蒸汽通入速率，最佳活化工艺参数为活化温度850 ℃、活化时间3 h、蒸汽通入速率15 L/min；所制备的活性炭COD去除率最高为70.97%，能有效处理某化工废水；活性炭的比表面积为671.50 m2/g，同时存在数量相当的微孔和中孔，微孔孔径分布以0.7 nm为主，中孔孔径分布以5～20 nm为主。研究表明，通过优化工艺参数可以利用榆林当地煤加工生产中孔发达的活性炭，其对化工废水COD具有较强的去除能力。

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洁净煤技术

2020年第06期

305

249
活性焦脱硫脱硝反应器模拟及内构件优化

作者(Author)：张云雷, 梁大明, 孙仲超, 熊银伍

摘要：随着环保政策的收紧，烟气排放要求日趋严格，工业废气污染物脱除形势严峻。活性焦烟气净化工艺与传统烟气净化工艺相比具有节水节能、无二次污染的技术特点。作为工艺的核心，反应器的研究已经成为了制约该项技术发展的关键。以某工程活性焦联合脱硫脱硝反应器为研究对象，建立了数值分析模型，对比了不同工况条件下模型压降与现场装置压降值，二者平均偏差5.9%，模型能够在一定程度上反映装置实际运行情况。在此基础上利用CFD软件对反应器内部流场以及关键组分浓度场进行了模拟分析。根据模拟结果，反应器进气室内烟气流动紊乱，出现了涡流以及空腔现象，进而导致烟气在活性焦层中停留时间出现差异；由喷氨区氨气质量分数分布云图可知，氨气分布不均匀，对系统污染物脱除效率造成负面影响。针对以上问题，采取在反应器内添加内构件的方式来提高系统污染物脱除效率。为提高反应器入口烟气的均布性，在反应器烟气入口位置设置导流板并对比分析了3种不同形式导流板的优化效果，结果表明烟气入口加装等距阶梯型弯曲导流板时，烟气均布效果最好，系统内气流均布性较未添加导流板前提高了11%，压降降低了267 Pa；由于活性焦烟气脱硝所采用的方法为氨选择性催化还原法，脱硝过程中需要喷入氨气作为还原剂，在喷氨量一定条件下，氨气在反应器脱硝区浓度分布是否均匀直接影响系统最终的脱硝效率。为了提高氨气浓度分布均匀性，在原有喷氨格栅的基础上添加多孔板，利用多孔板对氨气的分流及均布作用，达到短距离内氨气与烟气混合的目的。加装多孔板与传统的缩小喷氨孔孔径、增加喷氨管数的方式相比，降低了装置运行过程中格栅堵管的风险，提高了装置运行稳定性。模拟结果显示喷氨格栅上方加装多孔板使装置喷氨均匀性提高了21%。经优化后，系统污染物脱除效率达到了85%以上，满足污染物排放要求且系统运行稳定性提高，堵灰堵管风险降低。模拟结果和现场实操数据相关性较好，表明模拟结果可靠性较高，对实际生产有一定借鉴意义。

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洁净煤技术

2020年第06期

435

258
焦炉烟气活性炭法多污染物协同控制工业化试验研究

作者(Author)：王斌, 李玉然, 刘连继, 陈鹏, 郭俊祥, 林玉婷, 朱廷钰

摘要：目前我国大气污染形势依然严峻，活性炭法烟气多污染物协同控制技术可同时脱除SO2、NOx、H2S等多种污染物，不消耗水，无二次污染，在国内已应用于钢铁烧结烟气、焦化焦炉烟气等，但其效率有待提高。焦化行业焦炉烟气低硫高氮、多污染物共存的排放特征，对活性炭法的脱硝效率及多污染物脱除效果提出了更高要求。为了探究提高焦炉烟气净化效率的因素，建设了焦炉烟气活性炭法多污染物协同控制工业化试验平台，处理烟气量33 000 Nm3/h。通过调控活性炭移动速率和喷氨量，优化了焦炉烟气净化效率，分析了移动过程对活性炭物理性能的影响、再生后活性炭性质的变化和活性炭的碳消耗。结果表明，活性炭法多污染物协同控制技术的脱硫效率超过99%，脱硝效率达到80%，各排放指标满足特别排放限值（NOx浓度≤150 mg/Nm3、SO2浓度≤30 mg/Nm3、颗粒物浓度≤15 mg/Nm3）要求。移动过程使活性炭的耐压强度下降33%～55%，尤其是直径较小的活性炭，耐磨强度有所下降，但降幅较小，这两项参数的下降会导致活性炭损耗量增加。再生后元素S的回收率达90%，吸附后（再生前）活性炭的比表面积相比新鲜活性炭下降了约20%。活性炭物理碳磨损取主要决于活性炭的移动速率，化学碳消耗来自官能团的分解，活性炭的年损耗量约为初装量的10.7%。

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