检索结果-南通市图书馆

作者：高禹中国矿业大学

学位级别：硕士

沸石分子筛是一种无机晶体材料,因其结构和性能上的特性,在吸附、催化和分离等方面都有着广泛应用。在众多类型的沸石分子筛中,硅铝磷酸盐分子筛SAPO-34具有独特的八元环孔道和笼结构,以及合适的酸强度和酸密度,使其能够在甲醇制烯烃(M... 详细信息

沸石分子筛是一种无机晶体材料,因其结构和性能上的特性,在吸附、催化和分离等方面都有着广泛应用。在众多类型的沸石分子筛中,硅铝磷酸盐分子筛SAPO-34具有独特的八元环孔道和笼结构,以及合适的酸强度和酸密度,使其能够在甲醇制烯烃(MTO)反应中具有较高的低碳烯烃选择性。而MTO反应作为非石油途径制备低碳烯烃中的重要方法,一直都是能源领域的研究热点。二维层状硅酸盐麦羟硅钠石除了具有片层结构外,其片层结构表面含有大量的硅羟基,能产生较强的吸附作用,这些独特的结构使其受到了许多研究者的关注。本论文以麦羟硅钠石为硅源,采用水热合成的方法,制备出了纯相的SAPO-34分子筛,对产物进行表征,并讨论了不同因素对合成的影响。采用系统的表征方法,对反应过程中二维层状硅酸盐骨架向SAPO-34分子筛骨架的变化过程进行研究,根据实验结果合理推断SAPO-34分子筛的生长机理。主要研究结果如下:(1)以麦羟硅钠石为硅源,在水热体系中以四乙基氢氧化铵为模板剂制备了SAPO-34分子筛,所得到的SAPO-34分子筛具有规则的立方体形貌,是典型的微孔材料,并含有少量的介孔。讨论了晶化温度以及初始凝胶配比对合成结果的影响,总结了合成方法。(2)研究了以麦羟硅钠石为硅源水热合成SAPO-34分子筛的晶化过程,推测晶化其机理。初始凝胶中所解离的层状麦羟硅钠石结构由于表面硅羟基的富集,产生了一定的吸附作用,层板周围有着比液相更高的物质浓度,为晶核的形成提供了环境。同时,麦羟硅钠石中六元环结构相较于五元环更稳定,可以形成次级结构单元留存在溶液体系中。随着晶化过程的持续,双六元环(D6Rs)和四元环大量形成,在模板剂的结构导向作用下连接形成cha笼结构,这些结构单元之间又可以继续发生自组装,形成了SAPO-34分子筛的晶核,晶核继续生长,最终形成具有较好结晶度的SAPO-34分子筛晶粒。(3)在合成SAPO-34分子筛的基础上,将以麦羟硅钠石为硅源合成的ZSM-5分子筛干粉加入SAPO-34分子筛的初始凝胶中,不额外添加硅源,二次晶化得到了SAPO-34/ZSM-5复合分子筛。以麦羟硅钠石为硅源合成的ZSM-5分子筛具有类似于麦羟硅钠石的片层结构,SAPO-34分子筛可以在这些片层结构的表面生长,最终得到复合分子筛。研究表明,合成的复合分子筛样品的催化寿命达到了48 h,并且乙烯和丙烯平均选择性也达到了65.3%,表现出了良好的催化性能。

关键词： SAPO-34分子筛麦羟硅钠石晶化机理 MTO反应催化剂

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锂离子电池负极材料钛酸锂的制备及改性研究

锂离子电池负极材料钛酸锂的制备及改性研究

作者：穆丽雪中国矿业大学

学位级别：硕士

现有的高能量密度的负极材料体系在嵌脱锂过程中体积变化较大,因而锂电池的体积膨胀和循环寿命短成为学术界和产业界一直致力于解决的问题。作为锂电池负极材料,LiTiO(LTO)在充放电过程中体积变化微乎其微,这种“零应变”性能使其具有... 详细信息

现有的高能量密度的负极材料体系在嵌脱锂过程中体积变化较大,因而锂电池的体积膨胀和循环寿命短成为学术界和产业界一直致力于解决的问题。作为锂电池负极材料,LiTiO(LTO)在充放电过程中体积变化微乎其微,这种“零应变”性能使其具有稳定的循环能力和超长的循环寿命。然而LiTiO的导电性较差、理论比容量较低,严重限制了其在大电流下的性能。本文采用溶胶-凝胶法制备钛酸锂,并通过XRD及电化学测试对其原料配比、合成温度、煅烧时间等条件进行了探究分析,确定合成LiTiO材料的适宜条件:锂钛摩尔比为0.84、700°C下保温6 h。纯相LTO在1 C下的首次放电比容量为171.34 mAh/g。以提升钛酸锂可逆容量为出发点,选用Fe、Al和Cr掺杂取代B位Ti,通过测试探讨离子掺杂对电极材料结构和电化学性能的影响。结果表明:三种掺杂离子均形成了以LTO为骨架的尖晶石结构,且改性后样品的晶胞参数均发生了不同程度的改变。Cr的掺杂对LiTiO粒子的团聚现象起到了很好地抑制作用,其比表面积最大为45.62 m/g。在电化学性能方面,Fe、Al和Cr的引入均提高了电极材料的可逆容量,其中经Cr掺杂的材料更能平衡大倍率下的放电性能与循环性能间的关系。以丁二酸、葡萄糖、硬脂酸作为碳源,对LiTiO材料进行包覆改性,进而提高其导电性能。测试表明,丁二酸作为碳源包覆改性合成钛酸锂负极材料的电化学性能最好。添加适量的丁二酸(w=0.03)可改善材料导电性,提高其倍率性能。LTO/C复合材料在1 C和10 C下的放电比容量分别为192.27 mAh/g、143.33mAh/g,远高于未掺杂样品的放电容量。为进一步提高材料在大电流下的性能,本文还通过溶胶-凝胶法制备出Cr/丁二酸协同改性的LiTiO负极材料。实验表明,协同改性合成的LTCrO/C负极材料不仅抑制了晶粒的生长,提高了比表面积,缩短Li嵌入脱出的路径;而且在提高LTO倍率性能方面起到了关键性作用。LTCrO/C负极材料在30 C和60C倍率下的首次放电比容量分别为174.19 mAh/g、140.12 mAh/g;循环1000次后,可逆容量依然达到137.86 mAh/g、99.81 mAh/g,相比于纯相和单一方法改性的LiTiO材料,通过Cr/丁二酸协同改性方法制备的负极材料展示出了优异的倍率性能。

关键词：锂离子电池 Li4Ti5O12 离子掺杂碳包覆倍率性能

SiO2@rGO锂离子电池负极材料的制备与性能研究

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SiO2@rGO锂离子电池负极材料的制备与性能研究

作者：于睿中国矿业大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标的提出,能源作为现代社会科技发展的基石,面临着新一轮的挑战。锂离子电池(LIBs)作为储能电池领域的重要组成部分,因其环境友好、比容量高、工作电压高(3.7-3.8 V)以及循环性能好的优势而遍布于电子智能设备中。负极材... 详细信息

随着“双碳”目标的提出,能源作为现代社会科技发展的基石,面临着新一轮的挑战。锂离子电池(LIBs)作为储能电池领域的重要组成部分,因其环境友好、比容量高、工作电压高(3.7-3.8 V)以及循环性能好的优势而遍布于电子智能设备中。负极材料对LIBs的循环寿命、能量密度等有很大的影响,是LIBs的重要组成之一。二氧化硅(SiO)作为地球上储量丰富的物质之一,对Li表现出较高的电化学活性。较高的能量密度(理论比容量1965 mAh g)和较低的放电电压平台使其成为比较有前景的负极材料。但是,SiO作为负极材料也存在缺点:首先,SiO在充放电循环的过程中,因合金化和去合金化会产生体积膨胀,导致电极材料的粉化以及固体电解质界面的破碎再生,造成不可逆的容量损失和容量衰减;其次,由于Si-O键键能较高,所以SiO的导电性较差,电子传导率较低,从而影响了材料的倍率性能以及长循环性能。制备纳米级SiO材料或者将SiO与高导电材料进行复合以及元素掺杂等可以有效解决上述问题。基于此,本文通过溶胶凝胶法,水热法结合高温煅烧等方法,合成了蛋黄壳结构和管状结构的纳米SiO碳复合负极材料,对其进行结构表征以及电化学性能研究。以下是本文的主要研究内容:(1)以还原氧化石墨烯(rGO)为载体负载蛋黄壳结构的碳包覆SiO制得蛋黄壳SiO@rGO。蛋黄壳结构可以在不破坏碳层的情况下承载体积变化,且rGO与蛋黄壳结构组成的三维导电网络,可提供高效的电子传递途径。通过氢氧化钠蚀刻部分SiO,使SiO核与碳层之间出现间隙,可以限制SiO的体积膨胀并且提高导电性。通过电化学性能测试,该特殊结构的蛋黄壳SiO@rGO在0.1 A g的电流密度下充放电循环358次后具有616 mAh g的容量。进一步对充放电循环后的材料进行分析,材料在循环过程中体现出较好的稳定性。蛋黄壳结构碳包覆SiO复合rGO的合理设计为负极材料和储能系统提供途径。(2)在成功制备蛋黄壳SiO@rGO的基础上,使用尿素作为氮掺杂剂通过水热法对rGO进行N原子掺杂,从而得到蛋黄壳SiO@N-rGO。氮原子的加入可以调节电子分布,提供丰富的缺陷位点以提高电子转移速率进而提高导电性。经过电化学阻抗谱以及充放电测试,证明氮掺杂前后蛋黄壳SiO@N-rGO在0.1 A g的电流密度下循环比容量提高了45%。在0.2 A g的电流密度下充放电循环534圈依旧保持352 mAh g的容量。对经过充放电循环后的蛋黄壳SiO@N-rGO进行分析,材料在经过循环后依旧保持相对完整,体现出较好的稳定性。(3)以酒石酸铵为模板,将壳聚糖作为碳源、氮源,通过溶胶凝胶法结合高温烧结法制备了SiO纳米管@N掺杂C(SNT@N-C)作为锂离子电池负极材料。研究证明SNT@N-C中独特的管状结构、较大的比表面积(20.830 mg)以及含氮碳材料的存在,为SiO负极材料提供了体积膨胀空间、Li活性位点以及较高的电子转移速率。在0.1 A g的电流密度下充放电循环200圈依旧可以保持577.6mAh g的比容量。对经过充放电循环后的SNT@N-C进行分析,材料在经过循环后依旧保持相对完整,体现出较好的稳定性。(4)以酒石酸铵为模板制备的碳包覆SiO纳米管(SNT@C)负载到还原氧化石墨烯(rGO)上作为高性能阳极SNT@C@rGO,具有稳定的循环性能和优异的电化学性能。SNT作为锂离子电池负极其管状的结构可以为Li提供更多的活性位点。碳层可以作为电子传输的通道。同时,由SNT@C和rGO组成的三维运输结构也可以提高Li和电子的迁移率。得到的SNT@C@rGO在0.1 A g下进行148次循环后仍具有580 mAh g的容量。

关键词：锂离子电池负极材料还原氧化石墨烯蛋黄壳结构 SiO2纳米管氮掺杂

复合模板剂合成SAPO-34分子筛及催化性能研究

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复合模板剂合成SAPO-34分子筛及催化性能研究

作者：史宏凯中国矿业大学

学位级别：硕士

煤制油的核心技术是MTO工艺,MTO工艺的关键问题是高效催化剂的合成。通过查阅文献资料,本文确定了采用水热法合成SAPO-34分子筛,主要研究采用不同比例四乙基氢氧化铵和三乙胺、四乙基氢氧化铵和吗啡啉、三乙胺和吗啡啉复合模板剂来合成S... 详细信息

煤制油的核心技术是MTO工艺,MTO工艺的关键问题是高效催化剂的合成。通过查阅文献资料,本文确定了采用水热法合成SAPO-34分子筛,主要研究采用不同比例四乙基氢氧化铵和三乙胺、四乙基氢氧化铵和吗啡啉、三乙胺和吗啡啉复合模板剂来合成SAPO-34分子筛,以及考察不同硅铝比对混合模板剂合成SAPO-34分子筛的影响。通过XRD、SEM、FT-IR、BET、NH3-TPD表征手段来研究合成的SAPO-34分子筛的晶粒尺寸、结构、酸性等。采用四乙基氢氧化铵和三乙胺(2:1)、四乙基氢氧化铵和吗啡啉(2:1)、三乙胺和吗啡啉(2:1)来合成不同硅铝比SAPO-34分子筛,通过MTO反应结果可知其催化寿命在120min-480min之间随着硅铝比的增加而降低,低碳烯烃选择性随着硅铝比的增加也降低但是变化差异很小,低碳烯烃总体选择性基本都在80%以上最高可达90%。复合模板剂合成SAPO-34分子筛比单一模板剂合成的SAPO-34分子筛有着更长的催化寿命,其中四乙基氢氧化铵和三乙胺(2:1),四乙基氢氧化铵和吗啡啉(2:1),三乙胺和吗啡啉(1:1)合成SAPO-34-0.2分子筛的MTO催化效果最好寿命可达420min、480min、360min,低碳烯烃总选择性可达86.6%、89.2%、89.5%。通过GC-MS分析失活后SAPO-34分子筛孔道积碳,主要成分是萘、菲、芘类有机物,这些大分子有机物堵塞孔道使低碳烯烃无法及时扩散出去进一步转化为大分子有机物,同时覆盖催化酸性位最终导致催化剂的失活。

关键词：复合模板剂 SAPO-34 MTO 硅铝比

基于聚合反应的碳包覆Fe3O4锂离子电池负极材料的制备与性能研究

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基于聚合反应的碳包覆Fe3O4锂离子电池负极材料的制备与性能研究

作者：刘怀文中国矿业大学

学位级别：硕士

锂离子电池在便携移动电子设备,新能源汽车,储能电站等领域中发挥着巨大的作用,但传统石墨负极材料较低的理论容量是锂离子电池发展的瓶颈。新型负极材料中,FeO由于其自身较大的理论容量被广泛研究,但FeO负极材料导电性差,充放电过程中... 详细信息

锂离子电池在便携移动电子设备,新能源汽车,储能电站等领域中发挥着巨大的作用,但传统石墨负极材料较低的理论容量是锂离子电池发展的瓶颈。新型负极材料中,FeO由于其自身较大的理论容量被广泛研究,但FeO负极材料导电性差,充放电过程中体积变化大,因此对FeO材料改性以改善其电化学性能的研究十分重要。与碳材料复合是对FeO材料进行改性的常用手段,与碳材料复合的FeO材料具有良好的导电性,而且在充放电过程中可以保持自身结构的稳定。本文使用共沉淀法和溶剂热还原法合成了FeO纳米粒子,并对其形貌和电化学性能进行了研究。通过比较,选择溶剂热法合成的FeO纳米粒子作为前驱体,分别利用酚醛缩聚反应,多巴胺聚合反应和聚乙烯吡咯烷酮聚合反应进行碳包覆,并对复合材料的形貌,组分和电化学性能进行研究。共沉淀法合成的FeO(c-FeO)纳米粒子呈现宝塔或锥状,0.5A·g电流密度下首次放电比容量为950mAh·g,1A·g电流密度下300个循环后的放电比容量为246mAh·g。溶剂热还原法合成的FeO(r-FeO)是直径280nm-300nm的纳米球,0.5A·g电流密度下首次放电比容量为961mAh·g,1A·g电流密度下300个循环后的放电比容量为309mAh·g。以溶剂热还原法合成的FeO材料为前驱体,通过酚醛缩聚反应,多巴胺聚合反应合成了碳包覆FeO材料。此外还通过聚乙烯吡咯烷酮聚合反应一步法合成了碳包覆FeO材料。酚醛缩聚制备的碳包覆FeO复合材料(r-FeO@C)的碳层厚度为10nm左右,在0.5A·g电流密度下首次放电容量为1248mAh·g,1A·g电流密度下经过300个循环放电比容量为404mAh·g;多巴胺聚合制备的碳包覆FeO复合材料(r-FeO@CN)包覆碳层厚度为20nm左右,在0.5A·g电流密度下首次放电容量为1480mAh·g,1A·g电流密度经过300个循环放电比容量为512mAh·g;聚乙烯吡咯烷酮制备的碳包覆FeO复合材料(FeO@CN)基本单元为直径350nm左右的纳米球,纳米球中的FeO颗粒直径为80nm左右,在0.5A·g电流密度下首次放电容量为1387mAh·g,1A·g电流密度经过300个循环放电比容量为495mAh·g。

关键词：锂离子电池负极材料聚合反应碳包覆多巴胺聚合

一步法合成多级孔SAPO-34分子筛及其MTO催化性能研究

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一步法合成多级孔SAPO-34分子筛及其MTO催化性能研究

作者：王兴文中国矿业大学

学位级别：硕士

作为甲醇制烯烃(MTO)工艺的核心催化剂,SAPO-34分子筛在催化甲醇制烯烃时,有着较高的乙烯和丙烯产率。然而,随着催化反应的进行,发现SAPO-34分子筛微孔结构单一,扩散效率较低,易形成积碳,导致分子筛过早失活。因此,本论文研究了向微孔SA... 详细信息

作为甲醇制烯烃(MTO)工艺的核心催化剂,SAPO-34分子筛在催化甲醇制烯烃时,有着较高的乙烯和丙烯产率。然而,随着催化反应的进行,发现SAPO-34分子筛微孔结构单一,扩散效率较低,易形成积碳,导致分子筛过早失活。因此,本论文研究了向微孔SAPO-34分子筛晶体中引入介孔,形成多级孔结构的方法来提高催化剂的催化寿命,主要通过不同的软模板剂一步合成多级孔SAPO-34分子筛,并对所合样品的MTO催化性能进行综合分析。分别以吗啡啉(MOR)、四乙基氢氧化铵(TEAOH)为微孔模板剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇2000(PEG2000)、介孔SiO分子筛(MCM-41、MCM-48)为介孔剂对SAPO-34分子筛改性,通过水热法和微波法一步合成多级孔SAPO-34分子筛。运用XRD、SEM、BET、NH-TPD、FT-IR等现代分析技术对合成的多级孔SAPO-34分子筛进行物相分析,最后对合成的样品进行MTO催化性能测试,考察合成分子筛的催化寿命和低碳选择性。首先研究了分子筛介孔剂CTAB和不同微孔模板剂协同合成多级孔SAPO-34分子筛,通过MTO催化性能表征发现,使用廉价的MOR模板剂合成的样品比TEAOH模板剂合成的样品催化寿命短,但MOR和TEAOH以3:1比例的混合模板剂却达到了以单模板剂TEAOH合成样品的寿命,从而大大降低催化剂成本。同时发现随着CTAB的添加,合成的分子筛晶粒形状由立方体逐渐变成堆积球状。CTAB添加量为0.02时,合成的分子筛比表面积最大达到878 m/g,外比表面积达到108 m/g,总孔体积达到0.458 cm/g,并且MTO催化时长达到了280min。本文进一步研究以未焙烧的MCM-41分子筛和MCM-48分子筛当做硅源和介孔剂合成多级孔SAPO-34分子筛。其中以MCM-48为介孔剂合成的多级孔分子筛在MTO催化时,表现出极高的抗积碳能力,催化寿命长达578 min。同样的,利用PEG2000合成多级孔SAPO-34分子筛,在PEG2000添加量为0.02时,样品达到最大催化寿命240 min。最后,以微波法合成多级孔SAPO-34分子筛,和水热法合成的分子筛对比发现,微波法合成分子筛的结晶度以及催化寿命随着CTAB添加而降低,这与预期的实验研究结果不同。因此微波法虽然省时省力,但却不适用于多级孔SAPO-34分子筛合成。该论文有图48幅,表12个,参考文献81篇。

关键词：多级孔水热法微波法 SAPO-34 MTO

铝改性ZSM-5分子筛催化剂对甲醇制汽油反应性能的影响研究

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铝改性ZSM-5分子筛催化剂对甲醇制汽油反应性能的影响研究

作者：彭晴晴中国矿业大学

学位级别：硕士

非石油路线,煤基甲醇制汽油技术(MTG)是应对石油资源日渐枯竭的重要手段之一,结合我国富煤、贫油、少气的现状,MTG技术在我国具有非常重要的现实意义。本文以铝离子改性的ZSM-5为催化剂,利用XRD、SEM和NH3-TPD等手段对催化剂的结构物性... 详细信息

非石油路线,煤基甲醇制汽油技术(MTG)是应对石油资源日渐枯竭的重要手段之一,结合我国富煤、贫油、少气的现状,MTG技术在我国具有非常重要的现实意义。本文以铝离子改性的ZSM-5为催化剂,利用XRD、SEM和NH3-TPD等手段对催化剂的结构物性进行表征。ZSM-5分子筛在离子改性过程中的分子筛骨架没有遭到明显破坏。对通过水热法合成的Na-ZSM-5进行改性后得到具有一定B酸位或L酸位分子筛催化剂。对于商业ZSM-5分子筛,铝离子在不同的溶液(在水或者乙醇溶液中)中对分子筛离子交换程度具有明显影响。铝离子乙醇溶液更容易使铝离子进入ZSM-5分子筛孔道。本文以固定床为反应装置,研究了催化剂中B酸和L酸在MTG反应中的作用,并对商业H-ZSM-5分子筛在不同铝离子溶液(水或乙醇溶液)中进行改性,模拟催化剂再生后骨架脱铝过程,研究不同铝离子溶液对催化剂离子交换程度的影响和非骨架铝对MTG反应性能的影响。并探讨MTG反应的最优工艺。通过研究实验室合成且改性后的ZSM-5分子筛催化剂对MTG反应性能的影响,发现在一定范围内增加ZSM-5催化剂中的B酸浓度或强度可以提高其反应活性,且ZSM-5催化剂中的B酸和L酸在MTG反应中存在协同关系,Al-Z-0.4M-2f催化剂的寿命最长(43.3 h),C5+烃类选择性最高(57%以上)。通过分析不同硅铝比、不同L酸含量的商业ZSM-5分子筛在MTG反应中的反应活性,发现在商业H-ZSM-5分子筛中,增加L酸含量会降低其在MTG反应中的催化性能。在Al-Z-12.5-E系列催化剂中,L酸增加2.1倍,该催化剂的C5+烃类选择性降低为原来的0.6倍。由于一般商业ZSM-5催化剂本身就含有大量缺陷位,只需在催化剂孔道加入少量铝L酸,催化剂在MTG反应中的反应活性就会出现显著下降。所以商业ZSM-5催化剂在工业应用中的再生过程应尽量避免骨架铝的脱除。

关键词：甲醇制汽油 MTG ZSM-5 铝改性 B酸 L酸

金属改性SAPO-34分子筛对MTO反应性能的影响研究

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金属改性SAPO-34分子筛对MTO反应性能的影响研究

作者：吴振远中国矿业大学

学位级别：硕士

近几年来,随着石油资源的持续短缺以及可持续发展战略的要求,非石油资源合成低碳烯烃的技术路线迅速发展;使用以煤或天然气合成的甲醇为原料,生产低碳烯烃的化工工艺技术(简称MTO)受到人们的广泛关注。而SAPO-34分子筛在MTO反应中展现... 详细信息

近几年来,随着石油资源的持续短缺以及可持续发展战略的要求,非石油资源合成低碳烯烃的技术路线迅速发展;使用以煤或天然气合成的甲醇为原料,生产低碳烯烃的化工工艺技术(简称MTO)受到人们的广泛关注。而SAPO-34分子筛在MTO反应中展现出了优异的催化性能,这主要是由于其适宜的酸性、较小的孔道以及高温下的水热稳定性。本文使用水热晶化法以三乙胺为模板剂合成不同硅铝比的SAPO-34分子筛,使用XRD,SEM,FT-IR,BET,TPD等进行表征,并在固定床反应器上测试所合成的SAPO-34分子筛的MTO反应性能。考察了在SAPO-34分子筛的MTO反应中,添加少量的苯、甲苯、环己烷、环己烯、环戊烷等对催化剂寿命及产品选择性的影响;并使用不同浓度的硝酸铝水溶液或硝酸铝乙醇溶液对SAPO-34分子筛进行浸渍法改性,探索铝改性对MTO反应性能的影响以及使用不同溶剂改性时对SAPO-34分子筛的影响。在原料甲醇中添加5%的苯、甲苯、环己烷、环己烯或环戊烷会影响SAPO-34分子筛的MTO反应性能,导致催化剂寿命缩短。其中,环己烷对催化剂寿命的影响程度最大,甲苯的影响程度最小,苯、环己烯和环戊烷则居中。烃类的添加对不同硅铝比的SAPO-34分子筛寿命的影响也不同,硅铝比越高,催化剂寿命变化越大;这主要是因为C5+和C6+作为碳池物种对甲醇的转化起着重要的作用,而烃类的加入会加速碳池的形成,并容易形成积碳,导致催化剂的失活,而酸含量越高形成积碳的速率越快。使用硝酸铝水溶液改性后,SAPO-34分子筛的酸强度没有发生变化,酸浓度变化较大;其中弱酸的变化较小,中强酸(B酸)随着硝酸铝浓度的升高而明显降低。改性后的分子筛B酸含量降低,但催化剂寿命却随之缩短;主要是因为改性后的分子筛虽然B酸含量减少,但是铝的引入导致L酸含量的增加以及孔道的减小,从而导致催化剂寿命的缩短。而使用硝酸铝乙醇溶液改性时,催化剂寿命的变化则较小,主要是因为其酸量的变化较小。

关键词： MTO SAPO-34 铝改性酸量

锂空气电池正极材料Fe3O4复合石墨烯的制备及性能研究

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锂空气电池正极材料Fe3O4复合石墨烯的制备及性能研究

作者：强克迪中国矿业大学

学位级别：硕士

金属空气电池以空气中的氧作为正极活性物质,空气电极作为能量转换的工具,金属作为负极活性物质,金属负极储存能量。锂空气电池由于其较高的理论能量密度(已经接近于石油等化石能源),而被认为可以作为很多大型设备的下一代能量源。然而... 详细信息

金属空气电池以空气中的氧作为正极活性物质,空气电极作为能量转换的工具,金属作为负极活性物质,金属负极储存能量。锂空气电池由于其较高的理论能量密度(已经接近于石油等化石能源),而被认为可以作为很多大型设备的下一代能量源。然而,对于其实际的商业应用而言,仍然存在着诸多的技术难题,主要体现在电池的正极,作为氧气还原和氧气析出的中枢,放电产物在电极上的堆积不仅会降低其实际容量密度,同时还会严重影响电池的循环寿命,此外严重的极化作用也是影响电池性能的重要因素。因此寻找合适的正极催化剂,有效改善锂空气电池的充放电性能和可逆性,降低极化作用,对于锂空气电池的研究尤其重要。首先,以Hummer法制备了氧化石墨,通过改变试剂用量研究表明,氧化石墨的氧化程度受到高锰酸钾的影响较大。通过对比经过N2H4·H2O和维生素C还原的氧化石墨的产物,发现N2H4·H2O对于氧化石墨的还原更为彻底,主要体现在羧基的还原。单一还原石墨烯用于锂空气电池正极催化时,电池的首次和十次循环后的总放电容量分别为2102 mAh/g和832 mAh/g,容量保持率为39.24%。其次,在对溶剂热合成FeO/RGO的前期探索中,通过改变分散剂,发现柠檬酸有助于纳米颗粒的分散和小粒径纳米颗粒的生成,同时还证明了在溶剂热过程中乙二醇对于Fe3+的还原作用。溶剂热生成的FeO/RGO复合材料用于正极催化时,电池的首次和十次循环后的总放电容量分别为3534 mAh/g和1062mAh/g,都要高于单一石墨烯材料,但容量保持率略低。热重结果和SEM表明这可能与纳米FeO的过量负载有关,充放电过程易于造成结构的破坏。然后,以氧化石墨为原料,经过其在溶液表面自组装,以及草酸和Na I的还原和胶连作用得到三维石墨烯凝胶,同时也对共沉淀生成FeO的过程进行了研究,发现当NH3·H2O的添加速率过快,易导致胶体的沉积过程大于晶化过程,导致了簇状的纳米FeO的生成。由于片层间的间距和比表面积关系,簇状结构的FeO相比于球状的纳米FeO材料,在首次总放电容量上却有不少的提高达到了1708 mAh/g。同时在第三章生成的还原石墨烯和本章石墨烯凝胶的基础上,共沉淀制备了二维FeO/RGO和三维FeO/RGO,两者首次总放电容量分别为3285 mAh/g和3157 m Ah/g,差距并不不大;但十次循环之后分别为975 mAh/g和1359 mAh/g,容量保持率分别为29.7%和43%,这也体现了三维结构的FeO/RGO在控制衰减方面的优势。最后,利用溶胶-凝胶法合成了多元金属氧化物CoFeO,并在此基础上完成了CoFeO/RGO复合材料的制备以及CoFeO/RGO-Ni电极片的构筑。以CoFeO/RGO-Ni组装的电池,首次和十次循环之后的放电总容量分别为3700mAh/g和1451 m Ah/g,这些都要高于CoFeO/RGO材料(3152 mAh/g和957mAh/g),也要高于之前的三维FeO/RGO材料,容量保持率为39.21%,也比CoFeO/RGO(30.36%)高出一些。随着充放电过程的进行,库伦效率也在不断提升,说明体系越来越稳定,可能泡沫镍提供了更加稳固的三维支撑,同时石墨烯又能够缓和不断循环引发的金属氧化物纳米粒子的体积变化,使得材料不容易遭到反应过程的破坏。

关键词：锂电池空气石墨烯复合物正极催化电化学性能

煤系高岭土制备ZSM-5沸石分子筛及其合成机理研究

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煤系高岭土制备ZSM-5沸石分子筛及其合成机理研究

作者：李红梅中国矿业大学

学位级别：硕士

本论文在综述国内外有关煤系高岭土的开发与应用、ZSM-5沸石分子筛的制备以及ZSM-5沸石分子筛形成机理的基础上，运用XRD、XRF、SEM、XPS、FTIR等现代分析技术，对以高岭土为原料合成ZSM-5分子筛的工艺条件进行了全面的研究，并且探究了... 详细信息

本论文在综述国内外有关煤系高岭土的开发与应用、ZSM-5沸石分子筛的制备以及ZSM-5沸石分子筛形成机理的基础上，运用XRD、XRF、SEM、XPS、FTIR等现代分析技术，对以高岭土为原料合成ZSM-5分子筛的工艺条件进行了全面的研究，并且探究了ZSM-5的形成机理。主要内容如下：对皖北煤系高岭土的成分进行结构分析，通过对其煅烧活化，酸浸除杂等预处理，使之硅铝比提高到能够成为ZSM-5沸石分子筛水热制备的原材料。实验中高岭土处理的最佳条件是：加入1%固体NH4Cl，750℃煅烧1小时;95℃恒温酸浸45分钟。深入探讨了钠硅比、水硅比、硅铝比、模板剂、晶化温度、晶化时间和晶种等因素对ZSM-5沸石分子筛形成的影响，并且成功合成出ZSM-5沸石分子筛。探索出以煤系高岭土为原料合成ZSM-5沸石分子筛的最佳条件是： Na2O/SiO2=0.12;C4H11N/SiO2=0.25;H2O/SiO2=30;室温下陈化12h，170℃晶化60h。并且探讨了不同模板剂的作用效果：正丁胺﹥乙醇﹥氨水。综合分析ZSM-5分子筛形成过程，利用硅烷化试剂处理样品，利用气相色谱研究液相中硅酸根的多种聚合态，利用氟硅酸钾容量法和EDTA滴定法测定反应中间过程液相中硅酸根、铝酸根离子随着反应时间的浓度变化，并结合SEM、XRD和XPS等多种表征手段推测ZSM-5分子筛的形成过程。本论文对于以后高岭土的开发利用和合成不同硅铝比的ZSM-5沸石分子筛，并且应用到更多的领域具有很好的借鉴价值。

关键词：煤系高岭土 ZSM-5分子筛合成机理