镁碳材料中结合剂的催化裂解及结构演变研究
发布时间：2021-10-21 14:22
从优化碳质结合剂热解炭结构的角度出发,研究了催化剂种类及工艺条件对聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、Carbores P热解炭结构的影响。然后将热解炭结构较优的PVP和Carbores P引入到镁碳材料中,研究了两者对镁碳材料性能的影响。结果表明:1)经NiO掺杂的PVP、Carbores P粉热解炭中均可原位生成非晶态碳纤维及石墨化碳,碳纤维生长符合底端生长机制。炭化温度较低或过高时,催化剂活性均会受到抑制;升温速率、成型压力会影响碳氢气体在催化剂表面的沉积程度,从而控制碳纤维的形貌。本实验条件下,碳纤维的适宜生长温度为1200℃,升温速率为2℃/min,成型压力为150 MPa。2)NiO催化PVP时的最佳掺入量为1 wt%,所形成的碳纤维长度约15μm,径向约30150 nm;掺杂PVP的残炭率提高了8%左右,热分解温度提高了约25℃。NiO催化Carbores P时的最佳掺入量为3wt%,所形成的碳纤维的平均径向约60 nm,平均长度约3.2μm;掺杂Carbores P的残炭率提高了19%,热分解温度提高了约30℃。3)将PVP作为结合剂应...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
沥青的炭化过程
图 2 碳纳米管生长机理示意图：（a）顶部生长，（b）底部生长Fig.2 Schematic illustration of growth mechanism for CNTs: (a) tip-growth, (b) based-growth1.5 课题的研究意义围绕镁碳材料低炭化后热震稳定性和抗渣蚀性的降低而影响镁碳材料使用寿命的问题。目前主要采用的解决方法一方面是通过添加一维增强体或者在结合碳中原位形成一维增强体，在提高结合碳的石墨化程度及抗氧化性能的同时改善材料的高温强度和韧性[63-65]；另一方面是通过才材料内部生成陶瓷结合相、陶瓷晶须的方法来调控材料气孔，从而改善材料的抗热冲击性[66-69]。但是这方面的研究尚不完全，具体表现为以下两点：1）结合剂的研究种类较为局限，目前研究的结合剂大多为酚醛树脂；2）结合剂次生炭中的碳纳米结构以及生长机理还需要进一步研究。本论文以PVP、Carbores P为镁碳材料结合剂，系统研究了催化剂种类、含量及烧成制度对埋碳热处理后结合剂热解炭的影响规律；研究了PVP、Carbores P 对镁碳
0 200 400 600 800 1000020406080100 空白样1% FeO1% CoO1% NiO1% MnOTG/%Temperature/℃图 4 掺杂不同催化剂 PVP 经 1200 ℃炭化后热解炭的 TG 曲线Fig.4 The TG curve of modified PVP by different kinds of catalysts after 1200 ℃2）不同种类催化剂掺杂 PVP 的显微结构为了进一步确定催化剂种类对 PVP 热解炭显微形貌的影响，观察掺杂 PVP 在埋碳条件经 1200 ℃炭化 3 h 后热解炭的显微形貌，各催化剂加入量为 PVP 总量的 1wt%，如图 5 所示。(b)(a)(c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]引入碳纤维对低碳镁碳砖性能的影响[J]. 高华,罗明. 耐火材料. 2018(04)
[2]颗粒级配对低碳镁碳砖性能的影响[J]. 王建栋,祝洪喜,邓承继,马天飞. 耐火材料. 2018(04)
[3]镁碳砖的研究现状与发展趋势[J]. 姚华柏,姚苏哲,骆昶,陈俊红,侯新梅,孙加林. 工程科学学报. 2018(03)
[4]镁碳砖MT-14A在GOR转炉炉底的应用研究[J]. 李英,陶玉婷,曹俊庆,郑连营,曹大力. 耐火与石灰. 2018(01)
[5]一维或二维结合相对含碳耐火材料强度和韧性的影响[J]. 朱伯铨,李享成,陈平安,魏国平,王轩. 耐火材料. 2017(03)
[6]添加树脂粉和沥青粉对MgO-C砖性能的影响[J]. 罗明,郭宗奇,马铮,喻燕,方斌祥,尹明强. 耐火材料. 2016(06)
[7]沥青种类和硝酸镍对铝碳材料性能与结构的影响[J]. 杨文刚,杨凤玲,李红霞,刘国齐,钱凡. 耐火材料. 2016(05)
[8]钴纳米颗粒催化酚醛树脂制备碳纳米管[J]. 黄珍霞,梁峰,王军凯,张海军,刘思敏,李赛赛,张少伟. 硅酸盐学报. 2016(09)
[9]浅谈中间包干式工作衬用低温结合剂[J]. 杜鹏. 品牌与标准化. 2016(05)
[10]MgO-C耐火材料中陶瓷相的原位生成机理及其对材料力学性能的影响[J]. 罗巍,朱伯铨,李享成,陈平安,马铮,魏莹. 稀有金属材料与工程. 2015(S1)
博士论文
[1]镁碳耐火材料组成、结构与力学性能研究[D]. 朱天彬.武汉科技大学 2015
[2]低碳MgO-C耐火材料基质显微结构的演化及其对材料力学性能的影响[D]. 魏国平.武汉科技大学 2014
[3]酚醛树脂原位催化裂解构建低维碳纳米结构及裂解炭性能研究[D]. 胡庆华.武汉科技大学 2014
[4]铝碳耐火材料中碳纳米管结构演变、原位形成及材料力学性能研究[D]. 罗明.武汉科技大学 2013
硕士论文
[1]外电场作用下镁碳砖耐火材料在高温熔渣中的侵蚀行为研究[D]. 徐英君.苏州大学 2017
[2]Ni催化作用下低碳MgO-C耐火材料的显微结构特征及其性能研究[D]. 罗巍.武汉科技大学 2016
[3]高聚物改性煤沥青及其在镁碳砖中的应用[D]. 乐晨.武汉科技大学 2016
[4]结合剂、抗氧化剂和微晶石墨对低碳镁碳砖性能的影响研究[D]. 曹亚平.武汉科技大学 2016
[5]生产原料和工艺对镁碳砖产品质量的影响[D]. 朱永政.辽宁科技大学 2016
[6]自蔓延高温合成AlB2-Al2O3复合粉体及机理研究[D]. 张钟威.西安建筑科技大学 2015
[7]钢渣对镁碳砖侵蚀机理研究[D]. 陆强.安徽工业大学 2015
[8]棉秆热解炭化特性试验研究[D]. 孙亚栋.合肥工业大学 2015
[9]木质素改性酚醛树脂的合成及其对镁碳材料结构与性能的影响[D]. 方伟.武汉科技大学 2014
[10]低碳镁碳材料基质组成的优化研究[D]. 夏忠锋.武汉科技大学 2012
本文编号：3449155
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
沥青的炭化过程
图 2 碳纳米管生长机理示意图：（a）顶部生长，（b）底部生长Fig.2 Schematic illustration of growth mechanism for CNTs: (a) tip-growth, (b) based-growth1.5 课题的研究意义围绕镁碳材料低炭化后热震稳定性和抗渣蚀性的降低而影响镁碳材料使用寿命的问题。目前主要采用的解决方法一方面是通过添加一维增强体或者在结合碳中原位形成一维增强体，在提高结合碳的石墨化程度及抗氧化性能的同时改善材料的高温强度和韧性[63-65]；另一方面是通过才材料内部生成陶瓷结合相、陶瓷晶须的方法来调控材料气孔，从而改善材料的抗热冲击性[66-69]。但是这方面的研究尚不完全，具体表现为以下两点：1）结合剂的研究种类较为局限，目前研究的结合剂大多为酚醛树脂；2）结合剂次生炭中的碳纳米结构以及生长机理还需要进一步研究。本论文以PVP、Carbores P为镁碳材料结合剂，系统研究了催化剂种类、含量及烧成制度对埋碳热处理后结合剂热解炭的影响规律；研究了PVP、Carbores P 对镁碳
0 200 400 600 800 1000020406080100 空白样1% FeO1% CoO1% NiO1% MnOTG/%Temperature/℃图 4 掺杂不同催化剂 PVP 经 1200 ℃炭化后热解炭的 TG 曲线Fig.4 The TG curve of modified PVP by different kinds of catalysts after 1200 ℃2）不同种类催化剂掺杂 PVP 的显微结构为了进一步确定催化剂种类对 PVP 热解炭显微形貌的影响，观察掺杂 PVP 在埋碳条件经 1200 ℃炭化 3 h 后热解炭的显微形貌，各催化剂加入量为 PVP 总量的 1wt%，如图 5 所示。(b)(a)(c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]引入碳纤维对低碳镁碳砖性能的影响[J]. 高华,罗明. 耐火材料. 2018(04)
[2]颗粒级配对低碳镁碳砖性能的影响[J]. 王建栋,祝洪喜,邓承继,马天飞. 耐火材料. 2018(04)
[3]镁碳砖的研究现状与发展趋势[J]. 姚华柏,姚苏哲,骆昶,陈俊红,侯新梅,孙加林. 工程科学学报. 2018(03)
[4]镁碳砖MT-14A在GOR转炉炉底的应用研究[J]. 李英,陶玉婷,曹俊庆,郑连营,曹大力. 耐火与石灰. 2018(01)
[5]一维或二维结合相对含碳耐火材料强度和韧性的影响[J]. 朱伯铨,李享成,陈平安,魏国平,王轩. 耐火材料. 2017(03)
[6]添加树脂粉和沥青粉对MgO-C砖性能的影响[J]. 罗明,郭宗奇,马铮,喻燕,方斌祥,尹明强. 耐火材料. 2016(06)
[7]沥青种类和硝酸镍对铝碳材料性能与结构的影响[J]. 杨文刚,杨凤玲,李红霞,刘国齐,钱凡. 耐火材料. 2016(05)
[8]钴纳米颗粒催化酚醛树脂制备碳纳米管[J]. 黄珍霞,梁峰,王军凯,张海军,刘思敏,李赛赛,张少伟. 硅酸盐学报. 2016(09)
[9]浅谈中间包干式工作衬用低温结合剂[J]. 杜鹏. 品牌与标准化. 2016(05)
[10]MgO-C耐火材料中陶瓷相的原位生成机理及其对材料力学性能的影响[J]. 罗巍,朱伯铨,李享成,陈平安,马铮,魏莹. 稀有金属材料与工程. 2015(S1)
博士论文
[1]镁碳耐火材料组成、结构与力学性能研究[D]. 朱天彬.武汉科技大学 2015
[2]低碳MgO-C耐火材料基质显微结构的演化及其对材料力学性能的影响[D]. 魏国平.武汉科技大学 2014
[3]酚醛树脂原位催化裂解构建低维碳纳米结构及裂解炭性能研究[D]. 胡庆华.武汉科技大学 2014
[4]铝碳耐火材料中碳纳米管结构演变、原位形成及材料力学性能研究[D]. 罗明.武汉科技大学 2013
硕士论文
[1]外电场作用下镁碳砖耐火材料在高温熔渣中的侵蚀行为研究[D]. 徐英君.苏州大学 2017
[2]Ni催化作用下低碳MgO-C耐火材料的显微结构特征及其性能研究[D]. 罗巍.武汉科技大学 2016
[3]高聚物改性煤沥青及其在镁碳砖中的应用[D]. 乐晨.武汉科技大学 2016
[4]结合剂、抗氧化剂和微晶石墨对低碳镁碳砖性能的影响研究[D]. 曹亚平.武汉科技大学 2016
[5]生产原料和工艺对镁碳砖产品质量的影响[D]. 朱永政.辽宁科技大学 2016
[6]自蔓延高温合成AlB2-Al2O3复合粉体及机理研究[D]. 张钟威.西安建筑科技大学 2015
[7]钢渣对镁碳砖侵蚀机理研究[D]. 陆强.安徽工业大学 2015
[8]棉秆热解炭化特性试验研究[D]. 孙亚栋.合肥工业大学 2015
[9]木质素改性酚醛树脂的合成及其对镁碳材料结构与性能的影响[D]. 方伟.武汉科技大学 2014
[10]低碳镁碳材料基质组成的优化研究[D]. 夏忠锋.武汉科技大学 2012
本文编号：3449155
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