Zn/Mg/Al-LDHs/神府煤复合材料结构与性能研究

发布时间：2021-02-24 00:49

　　以煤炭自燃防治材料和新型无卤阻燃材料的制备及应用为背景，基于煤特殊的微纳米孔隙结构和官能团结构特征，借鉴锌镁铝层状双氢氧化物（Zn/Mg/Al-LDHs）的制备方法及影响因素研究，探讨了Zn/Mg/Al-LDHs/神府煤复合材料（CLCs）的制备方法、结构及性能。研究成果对新型矿物功能材料制备及应用具有重要的理论意义和应用价值。通过FTIR、XRD、GC-MS和低温氮气吸附等手段，系统研究了低温氧化对神府煤（SFC）腐植酸产率及其各级分腐植酸分布的影响，以及低温氧化、脱灰及脱腐植酸等预处理对SFC孔结构分布的影响。结果表明，氧化SFC的总腐植酸产率随着氧化温度的升高及氧化时间的延长而迅速增加。预处理SFC中的黑腐酸产率最高，其次为棕腐酸，黄腐酸产率最低。预处理SFC的中孔增加、比表面积减小。用共沉淀法制备了Zn/Mg/Al-LDHs。通过XRD、FTIR、SEM和TG-DSC分析研究了金属离子比例、阴离子（煤基腐植酸及其不同级分）种类、以及微波和超声强化方式等对Zn/Mg/Al-LDHs组成、结构和热性能等的影响。结果表明，腐植酸在水滑石层板表面的络合及吸附作用诱导Zn/Mg/Al-C... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 煤的结构
        1.2.1 煤的孔结构
        1.2.2 煤的化学及物理结构
        1.2.3 煤的氧化反应研究
        1.2.4 煤基材料研究进展
    1.3 层状双氢氧化物（LDHs）的结构性能及应用
        1.3.1 LDHs 的结构
        1.3.2 LDHs 的性能
        1.3.3 LDHs 的应用
        1.3.4 LDHs 的制备
    1.4 煤自燃防治
        1.4.1 煤自燃机理
        1.4.2 煤炭自燃预防材料研究
    1.5 复配阻燃技术
        1.5.1 复配阻燃技术
        1.5.2 煤基复配阻燃技术
        1.5.3 LDHs 复配阻燃技术研究
    1.6 研究思路、内容和技术路线
        1.6.1 研究思路
        1.6.2 研究内容
        1.6.3 技术路线
2 神府煤的结构研究
    2.1 实验原料及仪器
    2.2 煤样的制备
    2.3 神府煤的性质分析
        2.3.1 工业分析和元素分析
        2.3.2 腐植酸的产率及级分分布的测定
        2.3.3 腐植酸的提取
        2.3.4 总酸性基、羧基和羟基含量的测定
        2.3.5 热裂解-气相色谱-质谱联用分析
    2.4 神府煤的结构表征
        2.4.1 FTIR 分析
        2.4.2 比表面积及孔结构分析
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 低温氧化处理对神府煤的基本性质的影响
        2.5.2 低温氧化处理对神府煤的腐植酸产率及分布的影响
        2.5.3 低温氧化处理对神府煤的化学结构的影响
        2.5.4 预处理对神府煤的孔隙结构及其分布的影响
    2.6 本章小结
3 Zn/Mg/Al-LDHs 的制备
    3.1 实验部分
        3.1.1 实验原料及仪器
        3.1.2 煤基腐植酸的制备
        3.1.3 LDHs 的制备
        3.1.4 结构与性能表征
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 金属离子比例对 Zn/Mg/Al-CO3-LDHs 结构的影响
        3.2.2 阴离子环境对 Zn/Mg/Al-LDHs 结构的影响
        3.2.3 强化方式对 Zn/Mg/Al-CO3-LDHs 结构的影响
        3.2.4 影响 Zn/Mg/Al-LDHs 热性能的因素
    3.3 本章小结
4 Zn/Mg/Al-LDHs/神府煤复合材料的制备及表征
    4.1 实验部分
        4.1.1 实验原料及仪器
        4.1.2 样品的制备
        4.1.3 结构及性能表征
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 煤盐比对 CLCs 结构及形貌的影响
        4.2.2 金属离子比例对 CLCs 结构及形貌的影响
        4.2.3 晶化 pH 对 CLCs 结构的影响
        4.2.4 脱灰处理对 CLCs 结构的影响
        4.2.5 氧化温度对 CLCs 结构的影响
        4.2.6 CLCs 的结构调控机理
    4.3 本章小结
5 CLCs 的热性能研究
    5.1 实验部分
        5.1.1 实验原料及仪器
        5.1.2 Zn/Mg/Al-LDHs 的制备
        5.1.3 Zn/Mg/Al-LDHs/神府煤复合材料的制备
        5.1.4 神府煤与 Zn/Mg/Al-LDHs 复配材料的制备
        5.1.5 结构及性能表征
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 神府煤自燃特征温度的测定
        5.2.2 CLCs 热性能的影响因素
        5.2.3 SFC－LDHs 复配材料的热性能
        5.2.4 OSFC－LDHs 复配材料的热性能
        5.2.5 CLCs 的自修复性能
        5.2.6 LDHs 及 CLCs 的预防煤自燃机理
    5.3 本章小结
6 CLCs 在 EVA 阻燃材料中的应用
    6.1 实验部分
        6.1.1 实验原料及仪器
        6.1.2 LDHs 及 CLCs 的制备
        6.1.3 CLCs/EVA 复合材料制备
        6.1.4 结构及性能表征
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 CLCs 填充量对 CLCs/EVA 复合材料阻燃性能的影响
        6.2.2 SFC 与 LDHs 的协同阻燃作用
        6.2.3 填充量对 CLCs/EVA 复合材料力学性能的影响
    6.3 本章小结
7 结论
创新点
研究展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤样粒径对煤低温氧化影响的实验研究[J]. 张树川.  安徽理工大学学报(自然科学版). 2013(04)
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[3]水分对孟巴矿煤特征温度影响的实验研究[J]. 刘文永,金永飞,邓军,赵瑞元.  矿业安全与环保. 2013(04)
[4]煤炭自燃过程的物理化学机理探讨[J]. 陈波,李宝昌.  煤炭技术. 2013(06)
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[6]基于氮气吸附实验的页岩孔隙结构表征[J]. 杨峰,宁正福,张世栋,胡昌蓬,杜立红,刘慧卿.  天然气工业. 2013(04)
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[8]尼龙66/煤系高岭土复合材料的制备及性能研究[J]. 杨云翠,兰勇晋,亢小丽,张红梅,文海荣.  工程塑料应用. 2013(01)
[9]纳米无机阻燃剂及其阻燃机理研究进展[J]. 刘振宇,梅文杰,熊玉竹.  现代塑料加工应用. 2012(05)
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博士论文
[1]添加剂对煤低中温氧化过程的影响及其机理研究[D]. 战婧.中国科学技术大学 2012
[2]含镍LDH的制备及LDH/EVA复合材料的研究[D]. 王丽丽.东北林业大学 2011
[3]层状镁铝氢氧化物的设计合成与阻燃性研究[D]. 李鑫.大连理工大学 2010
[4]微波辅助溶剂对煤抽提机制研究及煤组成结构分析[D]. 陈红.西安科技大学 2009
[5]高分散铜基复合氧化物的均匀性制备及其结构与催化性能[D]. 张立红.北京化工大学 2006
[6]煤基超细复合吸附剂的制备及吸附特性研究[D]. 刘转年.西安建筑科技大学 2004
[7]煤填充高分子复合材料的研究[D]. 卢建军.太原理工大学 2003
[8]不同级分腐殖酸的分子结构特征及其对菲的吸附行为的影响[D]. 李丽.中国科学院研究生院（广州地球化学研究所） 2003



本文编号：3048510