煤基多级孔炭纳米材料的优化制备及性能表征

发布时间：2024-05-20 23:21

　　以低变质粉煤为原料,采用热解活化技术制备煤基多级孔炭纳米材料(CCNM),利用统计学预测分析软件(JMP)设计优化制备实验的正交阵列,主要因素包括煤直接液化残渣(DCLR)的添加量(A)、热解过程升温速率(B)、热解终温(C)和原料粒度(D),每个因素选取三个水平。采用响应面分析法对CCNM的碘吸附值和抗压强度进行评估,确定最佳优化条件为A1B3C1D2,影响因素按显著性由大到小的顺序为CABD,碘吸附值的预测公式为m_I=258.26-33.22x₁-34.88x₂+28.12x■+1.92x₁x₂+34.12x■,预测碘吸附值最高为390.51 mg/g,三组平行验证实验测定的碘吸附值平均为394.69 mg/g,实验值与预测值吻合良好。对优化条件下制备的CCNM进行性能表征,材料呈多孔结构;通过图像处理,统计得到孔隙率在40%以上;碘吸附值为398.22 mg/g,抗压强度为4.12 MPa,比表面积为146.181 m²/g,总孔容为0.053 4 ...

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【部分图文】：

图2煤基体材料的热解收率和活化收率

利用JMP设计的10组实验的热解收率和活化收率见图2。由图2可知,10组样品的热解收率为68.79%～75.68%,热解终温对热解收率的影响较大,热解终温越高,热解收率越低。SJC与DCLR的挥发分含量均在30%以上,升温过程中挥发分会逐渐析出,产生大量的热解煤气和焦油,热解终温....

图3热解气的组成和含量

按照实验设计,10组实验热解完成后热解气的组成和含量见图3。由图3可知,热解气中H2和CH4的含量较高。由于在低温条件下,煤中的C与H2O反应以及氢化芳香结构脱氢均可产生H2,而在热解后期的高温条件下煤中有机结构发生缩聚反应也会产生H2[19],H2的产生贯穿于热解过程的各阶段,....

图4曲面响应模型下x1x2的交互作用

由表6可知,x1的P值为0.0006,x2的P值为0.0005,表明DCLR加入量和热解终温均为热解活化制备CCNM过程中的显著性影响因素,且热解终温的显著性程度要大于DCLR加入量的显著性程度。DCLR加入量的二次方和热解终温的二次方对CCNM碘吸附值的影响也较大,表明这两....

图5曲面响应模型的预测刻画图

由图5可知,A1B3C1D2为最佳工艺条件,碘吸附值的预测值为390.51mg/g。选择10℃/min的升温速率,原料粒度为180μm,对模型预测值进行实验验证,3组平行实验的碘吸附值测试结果分别为395.70mg/g,390.14mg/g和398.22mg/g,平均....

本文编号：3979272