氮掺杂三维活性石墨烯的可控装置设计及储能应用
发布时间：2021-01-15 06:13
随着科技和经济的发展,化工产品在各个领域得到了广泛应用,同时也对化工产品质量和过程自动化提出了更高要求。高温合成反应炉（箱式马弗炉和管式气氛炉）是化工材料合成的核心设备,尽管其温度控制已非常成熟,但有关反应体积及压力控制的研究却非常罕见。基于此,本论文拟构建一个箱式马弗炉用体积可控的反应坩埚及重点设计一套管式气氛炉用压力自动控制系统。并以当前较热门的化工产品——氮掺杂三维活性石墨烯储能材料作为应用对象,对上述控制装置进行了全面的测试运行。在前期文献综述中,总结了化工合成过程控制的发展现状,通过自动控制理论和技术的合理利用,化工合成的各个环节和各种参数可以实现自动操纵、自动分析和自动调节。基于STM32微处理器构建的PID控制器既保留了简易型和稳定性,又具有性价比高优点,与其他设备（如PID控制器、传感器、执行模块等）联合使用可以实现特定过程及功能（如液位、湿度、压力等）的自动化控制。通过对过程控制的系统、理论及技术问题总结分析,积累了相关方法与理论,为实验开展建立了有利条件。为了实现高温管式气氛炉微正压合成,本论文设计并实现了一个基于单片机的压力自动控制系统,单片机的主控芯片选用基于C...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 化工合成过程控制的发展现状
1.2.1 化工自动化控制的基本概念
1.2.2 化工自动化控制的应用系统
1.2.2.1 分散控制系统（DCS）
1.2.2.2 可编程控制器（PLC）
1.2.2.3 比例/积分/微分控制器（PID）
1.2.3 化工合成的温度控制技术
1.2.4 化工合成的压力控制技术
1.2.5 化工合成的体积控制技术
1.3 材料高温合成可控装置的基本介绍
1.3.1 高温箱式马弗炉及控制原理
1.3.2 高温管式气氛炉及控制原理
1.3.3 高温合成装置的优点及缺点
1.4 氮掺杂三维活性石墨烯的研究进展
1.4.1 氮掺杂三维活性石墨烯的合成方法
1.4.2 氮掺杂三维活性石墨烯的可控技术
1.4.3 氮掺杂三维活性石墨烯的储能应用
1.5 选题思路和创新陈述
第二章 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的制备原理和装置设计
2.1 引言
2.2 三维活性石墨烯纳米片的制备原理
2.2.1 过渡金属单质催化石墨化基本原理
2.2.2 碱金属氧化物催化石墨化基本原理
2.3 三维活性石墨烯纳米片的装置设计
2.3.1 掩埋式体积可调型反应装置的设计
2.3.2 体积可调型反应坩埚的自动化控制
2.4 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的制备原理
2.4.1 氮掺杂石墨烯制备原理及影响因素
2.4.2 反应系统压力对氮掺杂结构的影响
2.5 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的装置设计
2.5.1 管式气氛炉压力自动控制系统的设计
2.5.1.1 压力控制电子开关组成
2.5.1.2 电磁阀组成
2.5.1.3 气体流量计
2.5.1.4 高温管式气氛炉
2.5.2 压力自动控制系统的性能调试及优化
2.6 小结
第三章 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的可控制备和影响因素
3.1 引言
3.2 三维活性石墨烯纳米片的可控制备
3.2.1 化学试剂及仪器设备
3.2.2 制备流程及技术路线
3.2.3 过程优化及控制参数
3.3 体积控制对三维活性石墨烯纳米片结构的影响
3.3.1 体积控制对晶体结构的影响
3.3.2 体积控制对形貌结构的影响
3.3.3 体积控制对孔隙结构的影响
3.4 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的可控制备
3.4.1 化学试剂及仪器设备
3.4.2 制备流程及技术路线
3.4.3 过程优化及控制参数
3.5 压力控制对氮掺杂三维活性石墨烯纳米片结构的影响
3.5.1 压力控制对晶体结构的影响
3.5.2 压力控制对形貌结构的影响
3.5.3 压力控制对掺氮含量的影响
3.6 小结
第四章 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的性能检测和储能应用
4.1 引言
4.2 体积及压力控制最优化石墨烯产品的电化学性能检测
4.2.1 三电极测试系统构建和实施
4.2.2 体积最优化三维活性石墨烯纳米片的三电极电化学性能
4.2.3 压力最优化氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的三电极电化学性能
4.3 体积及压力控制最优化石墨烯产品的电容器储能应用
4.3.1 纽扣超级电容器装配和实施
4.3.2 体积最优化三维活性石墨烯纳米片的纽扣式电容器性能
4.3.3 压力最优化氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的纽扣式电容器性能
4.4 小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]真空变压吸附分离氮气甲烷的模拟与控制[J]. 韩治洋,丁兆阳,韩旸湲,沈圆辉,张东辉. 化工学报. 2018(02)
[2]基于Simulink的汽车行驶速度PID控制系统仿真[J]. 赵斌,董浩,张建. 汽车实用技术. 2018(02)
[3]基于STM32微处理器的可编程序控制器设计[J]. 沈方华. 教育现代化. 2017(34)
[4]DCS与PLC在化工领域的应用研究[J]. 王会泳. 化工管理. 2017(17)
[5]基于STM32的电刷镀设备镀笔压力控制系统设计[J]. 荆学东,汪泽涛. 仪表技术与传感器. 2017(05)
[6]电磁阀视在功率及动作响应时间测试方法的研究[J]. 单军波,候常青. 液压气动与密封. 2017(03)
[7]可编程控制器的特点及其发展动向[J]. 王广武. 科技传播. 2016(08)
[8]基于STM32巡线机器人软件系统的研究与分析[J]. 刘妍琳. 电子技术与软件工程. 2016(01)
[9]基于氮掺杂三维石墨烯/血红蛋白的丙烯酰胺电化学传感器制备及应用[J]. 赵丽,林春水,刘丛丛,赵婷婷,宋昕鸿,陈曦. 分析科学学报. 2015(05)
[10]基于STM32和PLC的自动控制系统设计[J]. 余欢,麻红昭. 工业控制计算机. 2015(08)
博士论文
[1]氮掺杂石墨烯及其复合材料相关性能的研究[D]. 周攀.北京交通大学 2017
[2]防治煤自燃的无机固化泡沫产生装置及实验研究[D]. 祝超.中国矿业大学 2016
[3]三维结构石墨烯的可控制备及物性研究[D]. 宋雪芬.重庆大学 2016
硕士论文
[1]超级电容器石墨烯基电极材料制备及电化学性能研究[D]. 詹亚利.河北大学 2017
[2]氮掺杂石墨烯电极的构筑及其电化学性能研究[D]. 秦平.上海大学 2016
[3]氮掺杂三维多孔石墨烯修饰电极作为电化学传感器的应用研究[D]. 杨奇.北京理工大学 2016
[4]三维氮掺杂多孔炭/石墨烯的合成及应用[D]. 赵彦华.湖南大学 2015
[5]电加热锅炉DCS系统的设计与实现[D]. 王亚垒.西安科技大学 2014
[6]面向老人监护的信息采集与传输系统的研究与实现[D]. 陈永丽.东北大学 2014
[7]氮掺杂多孔炭的制备及其电化学性能研究[D]. 刘哲.大连理工大学 2013
[8]一种生物柴油酯化反应装置设计及其控制研究[D]. 陈磊.西安电子科技大学 2013
[9]电梯PLC控制系统的设计与实现[D]. 周桦.电子科技大学 2012
本文编号：2978391
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 化工合成过程控制的发展现状
1.2.1 化工自动化控制的基本概念
1.2.2 化工自动化控制的应用系统
1.2.2.1 分散控制系统（DCS）
1.2.2.2 可编程控制器（PLC）
1.2.2.3 比例/积分/微分控制器（PID）
1.2.3 化工合成的温度控制技术
1.2.4 化工合成的压力控制技术
1.2.5 化工合成的体积控制技术
1.3 材料高温合成可控装置的基本介绍
1.3.1 高温箱式马弗炉及控制原理
1.3.2 高温管式气氛炉及控制原理
1.3.3 高温合成装置的优点及缺点
1.4 氮掺杂三维活性石墨烯的研究进展
1.4.1 氮掺杂三维活性石墨烯的合成方法
1.4.2 氮掺杂三维活性石墨烯的可控技术
1.4.3 氮掺杂三维活性石墨烯的储能应用
1.5 选题思路和创新陈述
第二章 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的制备原理和装置设计
2.1 引言
2.2 三维活性石墨烯纳米片的制备原理
2.2.1 过渡金属单质催化石墨化基本原理
2.2.2 碱金属氧化物催化石墨化基本原理
2.3 三维活性石墨烯纳米片的装置设计
2.3.1 掩埋式体积可调型反应装置的设计
2.3.2 体积可调型反应坩埚的自动化控制
2.4 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的制备原理
2.4.1 氮掺杂石墨烯制备原理及影响因素
2.4.2 反应系统压力对氮掺杂结构的影响
2.5 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的装置设计
2.5.1 管式气氛炉压力自动控制系统的设计
2.5.1.1 压力控制电子开关组成
2.5.1.2 电磁阀组成
2.5.1.3 气体流量计
2.5.1.4 高温管式气氛炉
2.5.2 压力自动控制系统的性能调试及优化
2.6 小结
第三章 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的可控制备和影响因素
3.1 引言
3.2 三维活性石墨烯纳米片的可控制备
3.2.1 化学试剂及仪器设备
3.2.2 制备流程及技术路线
3.2.3 过程优化及控制参数
3.3 体积控制对三维活性石墨烯纳米片结构的影响
3.3.1 体积控制对晶体结构的影响
3.3.2 体积控制对形貌结构的影响
3.3.3 体积控制对孔隙结构的影响
3.4 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的可控制备
3.4.1 化学试剂及仪器设备
3.4.2 制备流程及技术路线
3.4.3 过程优化及控制参数
3.5 压力控制对氮掺杂三维活性石墨烯纳米片结构的影响
3.5.1 压力控制对晶体结构的影响
3.5.2 压力控制对形貌结构的影响
3.5.3 压力控制对掺氮含量的影响
3.6 小结
第四章 氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的性能检测和储能应用
4.1 引言
4.2 体积及压力控制最优化石墨烯产品的电化学性能检测
4.2.1 三电极测试系统构建和实施
4.2.2 体积最优化三维活性石墨烯纳米片的三电极电化学性能
4.2.3 压力最优化氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的三电极电化学性能
4.3 体积及压力控制最优化石墨烯产品的电容器储能应用
4.3.1 纽扣超级电容器装配和实施
4.3.2 体积最优化三维活性石墨烯纳米片的纽扣式电容器性能
4.3.3 压力最优化氮掺杂三维活性石墨烯纳米片的纽扣式电容器性能
4.4 小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]真空变压吸附分离氮气甲烷的模拟与控制[J]. 韩治洋,丁兆阳,韩旸湲,沈圆辉,张东辉. 化工学报. 2018(02)
[2]基于Simulink的汽车行驶速度PID控制系统仿真[J]. 赵斌,董浩,张建. 汽车实用技术. 2018(02)
[3]基于STM32微处理器的可编程序控制器设计[J]. 沈方华. 教育现代化. 2017(34)
[4]DCS与PLC在化工领域的应用研究[J]. 王会泳. 化工管理. 2017(17)
[5]基于STM32的电刷镀设备镀笔压力控制系统设计[J]. 荆学东,汪泽涛. 仪表技术与传感器. 2017(05)
[6]电磁阀视在功率及动作响应时间测试方法的研究[J]. 单军波,候常青. 液压气动与密封. 2017(03)
[7]可编程控制器的特点及其发展动向[J]. 王广武. 科技传播. 2016(08)
[8]基于STM32巡线机器人软件系统的研究与分析[J]. 刘妍琳. 电子技术与软件工程. 2016(01)
[9]基于氮掺杂三维石墨烯/血红蛋白的丙烯酰胺电化学传感器制备及应用[J]. 赵丽,林春水,刘丛丛,赵婷婷,宋昕鸿,陈曦. 分析科学学报. 2015(05)
[10]基于STM32和PLC的自动控制系统设计[J]. 余欢,麻红昭. 工业控制计算机. 2015(08)
博士论文
[1]氮掺杂石墨烯及其复合材料相关性能的研究[D]. 周攀.北京交通大学 2017
[2]防治煤自燃的无机固化泡沫产生装置及实验研究[D]. 祝超.中国矿业大学 2016
[3]三维结构石墨烯的可控制备及物性研究[D]. 宋雪芬.重庆大学 2016
硕士论文
[1]超级电容器石墨烯基电极材料制备及电化学性能研究[D]. 詹亚利.河北大学 2017
[2]氮掺杂石墨烯电极的构筑及其电化学性能研究[D]. 秦平.上海大学 2016
[3]氮掺杂三维多孔石墨烯修饰电极作为电化学传感器的应用研究[D]. 杨奇.北京理工大学 2016
[4]三维氮掺杂多孔炭/石墨烯的合成及应用[D]. 赵彦华.湖南大学 2015
[5]电加热锅炉DCS系统的设计与实现[D]. 王亚垒.西安科技大学 2014
[6]面向老人监护的信息采集与传输系统的研究与实现[D]. 陈永丽.东北大学 2014
[7]氮掺杂多孔炭的制备及其电化学性能研究[D]. 刘哲.大连理工大学 2013
[8]一种生物柴油酯化反应装置设计及其控制研究[D]. 陈磊.西安电子科技大学 2013
[9]电梯PLC控制系统的设计与实现[D]. 周桦.电子科技大学 2012
本文编号：2978391
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