《洁净煤技术》“碳材料新技术”虚拟专题（一）｜虚拟专题

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《洁净煤技术》“碳材料新技术”虚拟专题（一）｜虚拟专题

来源：洁净煤技术

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行业视野: 洁净煤技术
类别; 118个
关键词; 160位
专家; 26篇
论文; 8480IP
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纳米多级孔SAPO-11分子筛制备及其催化2-甲基萘烷基化反应

作者(Author)：张晓华, 张璞, 纪琳, 江乐杰, 宋艳萍, 魏海国, 曾庆峰, 叶闰平, 冯刚

摘要：SAPO-11分子筛作为微孔沸石,通常粒径大,如何在水热法基础上进一步合成纳米多级孔SAPO-11分子筛极具挑战。在水热合成SAPO-11分子筛基础上,通过对前驱体凝胶进行老化处理制备纳米多级孔SAPO-11分子筛。其中,在80℃用搅拌老化制备的SAPO-11分子筛有最小晶体尺寸,通过SEM可知通过搅拌老化制备的S11-80℃-stirring分子筛呈现一种均匀纳米棒状结构,这些纳米棒的直径约500~700nm,长度约2~4μm。2-甲基萘(2-MN)主要来源于煤焦油,可用于制备2,6-二甲基萘(2,6-DMN),用于合成高端聚酯,为此将上述纳米多级孔SAPO-11分子筛用于催化2-甲基萘烷基化反应,结果表明使用老化处理制备的纳米多级孔SAPO-11分子筛有77.8%的2-MN初始转化率,20.4%的初始选择性,2,6-DMN、2,7-DMN的什么比为1.13,反应第4小时2,6-DMN选择性最高,为39.9%,通过系列表征揭示了纳米多级孔SAPO-11分子筛择形催化催化机理。

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洁净煤技术

2024年第08期

212

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气化渣基脱硫活性焦制备工艺与性能评价

作者(Author)：潘文杰, 樊盼盼, 王洋, 高艳春, 樊晓婷, 李翔宇, 鲍卫仁, 王建成

摘要：煤气化过程中产生的气化渣的处置问题日趋严重。气化渣中的残余炭具有较发达的孔隙结构和较大的比表面积,具有制备活性炭和其他高附加值碳材料的潜质。通过水介重力分选方法得到高品质气化渣分离炭后,采用配煤法制备脱硫活性焦,可实现气化渣的高附加值利用。通过单因素试验法及正交试验法考察在气化渣分离炭高掺比条件下配煤种类、比例及炭化、活化工艺条件对脱硫活性焦结构和性能影响。研究表明,气化渣分离炭在掺入比例为50%时,活性焦的最佳配煤组成为:焦煤29%、长焰煤8%、煤沥青13%;最佳炭化条件为:升温速率5℃/min、炭化温度700℃、炭化时间30min;最佳活化条件为:活化温度900℃、升温速率8℃/min、活化时间120min、活化水量1.0mL/(g·h)。利用固定床反应装置对气化渣基脱硫活性焦进行脱硫和再生性能评价,在最佳配方和工艺条件下,公斤级试验制备的脱硫活性焦耐磨强度为97.26%,耐压强度为696.3N(实测值),灰分为11.66%,碘吸附值为378.78mg/g,脱硫值为28.5mg/g,满足脱硫用煤质颗粒活性炭指标A型优级品的技术指标且再生性能良好。以气化渣分离炭作为碳源制备脱硫活性焦在大幅降低活性焦生产成本的同时,也为气化渣的高值化利用提供了一条可行途径,对气化渣的减量化、资源化、高值化利用具有重要意义。

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洁净煤技术

2024年第07期

512

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氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制

作者(Author)：陈冬, 王辉, 王敏, 王登元, 伍雪华

摘要：超级电容器是一种具有高功率密度、优秀循环性能、高安全性的高性能储能装置,然而其低能量密度限制其发展,为进一步提升超级电容器的能量密度,满足日益增长的储能需求,提升电极材料的电化学性能是关键。为提高粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的电化学性能,采用静电组装法合成了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料(FA@MS/MO/GO),通过调节氧化石墨烯加入量优化其电化学性能,并研究了氧化石墨烯对于粉煤灰基硅酸锰/氧化锰电化学性能的影响机制,通过XRD、SEM、XPS、FTIR表征材料的形貌与结构,并采用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗测试对材料和器件性能进行测试。结果表明,优化后的FA@MS/MO/GO-2的电荷传输速率大幅提升,FA@MS/MO/GO-2在0.5A/g电流密度下的比电容为737.4F/g,高于未与氧化石墨烯复合的FA@MS/MO(293.4F/g),电流密度由0.5A/g升高至8.0A/g,FA@MS/MO/GO-2容量保持率最好(67%),高于FA@MS/MO(44%)。FA@MS/MO/GO-2与商业活性炭分别为正负极组装为非对称超级电容器后,该器件能量密度达15.75Wh/kg(功率密度375W/kg),在5A/g下循环10000次的容量保持率和库伦效率均可达100%,表明该电极材料拥有长期循环利用潜力,具有良好应用前景。

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洁净煤技术

2024年第06期

303

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高硫煤基多孔碳材料的可控制备及其用于锂硫电池

作者(Author)：廖明月, 雷智平, 贾同鑫, 李亚洲, 李占库, 颜井冲, 水恒福, 闫洪雷, 任士彪, 王知彩, 康士刚

摘要：高性能、低成本的多孔碳材料是理想的锂硫电池硫宿主材料,但利用廉价的原料实现其规模化制备仍面临巨大挑战。以资源丰富的高硫煤为原料,采用氧化镁和氢氧化钾作为模板剂和活性剂,制备了煤基多孔碳材料,并研究了其作为锂硫电池硫宿主材料的构效关系。研究发现,煤基碳材料制备过程中,模板剂MgO作用下产生介孔(占比74%);活性剂KOH主要导致微孔(占72%)生成;MgO和KOH共同作用制备的碳材料PCMgO+KOH比表面积大(1616m2/g)、孔容高(1.02m3/g)、孔结构丰富(介孔54%、微孔46%)。电化学性能测试结果表明,S@PCMgO+KOH具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性,在1C充放电倍率循环500圈后容量仍能保留553.2mAh/g,容量保持率达65.5%,每个循环的衰减率低至0.069%;在2C下,循环500圈后容量为484.0mAh/g,容量保持率为63%,每圈衰减率仅0.075%,具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性。PCMgO+KOH优异的电化学性能主要来自其较小的欧姆电阻和电荷转移电阻、快速的多硫化物氧化还原反应动力学及对多硫化锂优异的束缚能力。本研究为价廉性高的锂硫电池硫宿主材料的制备提供了可选择的路线。

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洁净煤技术

2024年第06期

412

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煤基碳材料制备与电化学储能应用

作者(Author)：李振, 尚颖泽, 朱张磊, 常静, 赵凯

摘要：煤基碳材料作为一种重要煤衍生碳材料,优点主要体现在比表面积高、导电性好、资源丰富且价格低,在储能领域应用前景广阔。煤基碳材料制备方法主要包括活化法、模板法以及杂原子掺杂法等。活化法是常用煤基碳材料制备方法,通过高温下用气体或化学试剂对煤活化处理,可获得具有高比表面积和丰富孔结构的煤基碳材料。模板法通过选择合适模板材料,制备有特殊孔结构的碳材料,且孔径均一、结构有序。杂原子掺杂法通过向煤基碳材料中引入杂原子,调控其电子结构和电化学性能,不仅可在碳材料表面形成官能团,提高材料反应效率,还可通过氧化还原反应产生赝电容,提高材料电化学性能。以煤为前驱体制备的煤基电极材料种类繁多,包括煤基无定形碳、煤基多孔碳、煤基石墨、煤基碳纳米纤维、煤基石墨烯及煤基石墨烯量子点等。与传统碳电极材料前驱体(天然石墨、石油焦、沥青焦等)相比,煤基碳材料芳香层片结构和烷基支链有特殊性质,芳香层片经高温石墨化形成横向延展的石墨晶层,而烷基支链则形成有活性基团的碳中间体或小分子团簇,进一步构筑出新碳材料,使煤基碳材料具备制造电极材料优势。在电化学储能领域,煤基电极材料已广泛的应用。研究者已将煤基碳材料应用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等储能器件,并取得良好性能表现。煤基碳材料作为潜力巨大的新型能源材料,具有广阔应用前景和重要研究意义。然而,目前煤基电极材料在储能领域研究仍存在着许多困难和挑战,如在对原煤处理过程中强氧化剂的使用、对高温高压环境和特殊保护气氛的需求,都会产生污染环境的废弃物及副产品。因此,未来不仅需优化煤基碳材料制备工艺、提高材料电化学性能、拓展煤基碳材料在能源储存领域应用,更需采用绿色、安全且经济的方法规模化制备高品质煤基碳材料,以期为煤炭清洁、高效、低碳利用提供支持,为开发先进煤衍生碳材料提供参考。

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洁净煤技术

2024年第05期

248

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甲烷固体氧化物燃料电池的多物理场耦合积碳模型

作者(Author)：肖瑶, 刘志军, 魏炜, 许晓飞, 刘凤霞

摘要：烃类燃料的直接使用造成固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳并导致性能下降的严峻问题,开展积碳原因分析并采取减少积碳形成的措施是加快固体氧化物燃料电池商业化的重要课题。提出三维瞬态多物理场耦合积碳模型,通过仿真模型计算,研究不同条件、不同参数对固体氧化物燃料电池性能的影响,以评估电池的长期性能。在电池工作电压和积碳速率方面,计算结果与已有试验结果吻合较好。结果表明,随着积碳含量增加,阳极电极材料的孔隙率将减小,催化剂活性降低。当预重整程度降低、入口速度增加、操作温度增加、工作电压下降和燃料中氢气比例增大,积碳量均呈上升趋势。通常来说,积碳的增加会造成电池性能下降,如预重整程度的降低及入口速度的增加符合这一趋势。操作温度增加、工作电压下降和燃料中氢气比例增加虽然也会造成积碳量增加、电性能衰减严重,但电池性能呈上升趋势。研究表明,这一现象与甲烷裂解反应关系密切。

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洁净煤技术

2024年第05期

179

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金属及碳基材料电催化还原CO2研究进展与展望

作者(Author)：赵峻标, 于秋阳, 姜洋, 郝海刚, 高瑞

摘要：随着全球工业化快速发展,化石燃料大量使用导致碳排放量急剧增加,造成严重环境问题。因此,寻找有效方法降低CO2浓度以遏制全球变暖成为紧迫任务。目前,减少CO2主要策略包括限制传统化石能源使用和将多余CO2转化为高附加值化学品。由于经济发展仍极度依赖化石能源,简单地限制其使用存在显著困难。因此,高效转化CO2成为高附加值化学品显得尤为关键。在众多CO2转化技术(生物还原、热化学加氢还原、光电化学及电化学还原CO2)中,电化学还原CO2因其高效性和良好的工业应用前景而显得尤为突出。基于此,对CO2转化技术、电催化还原CO2原理、主要产物、反应途径、评价参数及目前发展迅速的金属基及非金属碳基材料电催化剂的研究现状进行了综述。金属基和非金属碳基材料的结合能够提高催化剂的催化活性,具有良好的研究前景。从新型高效低成本催化剂开发及其形貌和表面活性位点的微观调控,利用原位表征技术和密度泛函理论计算加深对反应机理的揭示,加快组装器件设计开发、促进CO2RR工业应用等方面提出CO2RR未来发展方向。

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洁净煤技术

2024年第04期

371

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生物质焦反应活性及其与拉曼光谱表征关联性研究进展

作者(Author)：包钲言, 卢志民, 陈金铮, 蔡坚锋, 姚顺春

摘要：生物质能作为目前使用量最大的可再生能源形式,具有储量巨大、零碳排放、可再生及供应稳定等优点。生物质焦作为生物质能利用的重要形式,其反应活性因原料种类不同表现出巨大差异,严重阻碍了生物质能的进一步研究和利用。生物质焦的反应活性主要受无机元素、织构特性及碳结构的影响。拉曼光谱作为近年来发展迅猛的碳结构表征技术,已广泛应用于生物质焦的物理、化学结构特性研究。从生物质焦拉曼光谱的特征峰位置、特征峰宽、特征峰强度比和特征峰面积等光谱参数出发,综述国内外生物质焦的碳结构,并解析了生物质焦在热化学转化中碳结构的演化规律。拉曼光谱能有效表征生物质焦的碳骨架结构,高度有序的芳香或石墨化结构会降低生物质焦的反应性。目前对生物质焦反应活性与拉曼光谱参数表征的碳骨架结构之间的相关性研究仍较少,且多聚焦在单一种类生物质,其结论普适性仍需验证。也有少量关于多种生物质原料的焦反应活性和拉曼光谱表征研究,但未给出定量的结论。介绍笔者在多种生物质原料的焦反应活性与焦的拉曼光谱指标的关联性方面的研究进展,以期为生物质燃料的反应活性后续研究提供参考。展望未来,生物质焦的拉曼光谱研究发展潜力很大,目前主要研究仍基于一阶拉曼光谱区域分析,二阶拉曼光谱未受到重视;一些前沿的拉曼光谱技术,如表面增强拉曼光谱、针尖增强拉曼光谱、相干反斯托克斯拉曼散射等,也尚未引入生物质焦的碳结构表征和反应活性研究中,未来应重点考虑。

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洁净煤技术

2024年第03期

329

394