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贵州毕节泥炭热解及热解固体产物研究

中国矿业大学学报 2019年第6期48卷 1358-1365页

作者：邓锋解强梁鼎成刘德钱中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 贵州工程应用技术学院贵州省煤化工工程协同创新中心贵州毕节551700

采制贵州毕节泥炭样品,在氮气下进行热重分析(TGA),利用管式炉热解制备热解固体产物(炭化料),测定炭化料的工业分析指标,并采用XRD,FTIR,SEM等表征炭化料,考察热解升温速率、热解终温、热解时间等对炭化料组成、微晶结构、表面化学及微... 详细信息

采制贵州毕节泥炭样品,在氮气下进行热重分析(TGA),利用管式炉热解制备热解固体产物(炭化料),测定炭化料的工业分析指标,并采用XRD,FTIR,SEM等表征炭化料,考察热解升温速率、热解终温、热解时间等对炭化料组成、微晶结构、表面化学及微观形貌的影响,结果表明:泥炭的热解分为干燥脱气(室温至200℃)、热分解(200~600℃)和缩聚(>600℃)3个阶段,热分解阶段是热解的主要温度区间,失重率大于42%.随升温速率的提高,热分解阶段向高温区偏移,失重率在低温段(300℃)逐渐增大,固体产物的有机组成主要受低温段(C=0)官能团含量变化无明显影响,随热解终温和热解时间的增加,泥炭热解固体产物挥发分产率(Vdaf)、微晶结构中两相邻炭层间距d002以及表面官能团中羰基(>C=0)含量逐渐减小,微晶尺寸La,Lc和石墨化度g逐渐增大,微观形貌趋于平整和致密,改变热解升温速率、温度及时间等工艺参数,可在一定程度上调节泥炭热解固体产物的组成、结构及表面化学.

关键词：泥炭热解微晶结构表面化学

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煤系通用型碳纤维的制备与研究

煤炭科学技术 2021年第2期49卷 254-261页

作者：刘金昌杨帅解强梁鼎成中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

与聚丙烯腈基碳纤维和中间相沥青基碳纤维相比,通用型碳纤维具有突出的价格优势,但较差的强度性能限制其只能应用在建筑补强等低附加值领域。因此,在控制通用型碳纤维制备成本的同时提高其强度性能从而拓宽其应用领域已然成为研究热点... 详细信息

与聚丙烯腈基碳纤维和中间相沥青基碳纤维相比,通用型碳纤维具有突出的价格优势,但较差的强度性能限制其只能应用在建筑补强等低附加值领域。因此,在控制通用型碳纤维制备成本的同时提高其强度性能从而拓宽其应用领域已然成为研究热点。迄今,原料选择与调整以及沥青前驱体合成方法的改进被认为是解决上述问题的极具潜力的途径。煤加工过程中副产的煤焦油等产品是制备通用型碳纤维的重要原料。结合我国能源结构特点,研发与优化煤系通用型碳纤维的制备方法和技术对我国碳纤维行业的发展具有重要意义。以煤系通用型碳纤维的制备研究为主旨,首先从原料的角度讨论了煤系原料的种类、前处理方法、性质与特点以及在用于通用型碳纤维制备过程中优缺点;此外,详细论述了通用型碳纤维的制备方法,包括热缩聚法、共炭化法、加氢聚合法和卤化-脱卤化法。未来的煤系通用型碳纤维的研究开发工作应该多集中于如何从分子层面实现沥青前驱体的可控合成,从而提高碳纤维的强度性能,而不应该再仅关注简单地改变原料比例和调整反应条件。

关键词：通用型碳纤维煤沥青前驱体煤焦油

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TG-DSC同步联用测定煤热解反应热

煤炭学报 2017年第2期42卷 538-546页

作者：解强梁鼎成何璐霍卫东张峰中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 北京低碳清洁能源研究所北京102211

选取5种不同变质程度的煤样,利用TG-DSC同步联用仪测定煤热解过程的热流,并分别采用经验法和实验测定法确定热流基线,解析获得了煤热解反应热。此外,还考察煤阶及热解温度对煤热解反应热的影响,对比、分析两种基线确定法测定煤热解反应... 详细信息

选取5种不同变质程度的煤样,利用TG-DSC同步联用仪测定煤热解过程的热流,并分别采用经验法和实验测定法确定热流基线,解析获得了煤热解反应热。此外,还考察煤阶及热解温度对煤热解反应热的影响,对比、分析两种基线确定法测定煤热解反应热的准确性。结果表明,1 100℃热解温度下胜利褐煤、神木长焰煤、神东烟煤、大同烟煤以及太西无烟煤基于实验法确定热流基线所测得的热解反应热分别为-5 743.11,-13 888.42,-16 246.20,-21 433.89,3 097.79 J/g,基于经验法确定热流基线所得的煤热解反应热分别为-5 963.81,-13 839.86,-17 792.50,-22 871.74,3 536.47 J/g;除无烟煤外的其他煤样,随着煤变质程度的增大,煤热解过程中放出的热量总的来说呈现出增加趋势,有热解反应热随温度的升高先增大后降低再增大的规律;太西无烟煤在各温度下的热解反应热均大于零,一直表现为吸热反应,净吸热量也随温度的升高而增加;除神东烟煤和大同烟煤外,经验法确定热流基线和实验测定热流基线两种方法所测的煤热解反应热较为接近,神东烟煤和大同烟煤出现较大差异的原因是经验基线法依赖主观经验过高地预测了放热区间的反应热。在测定煤热解反应热过程中实验测定法具有操作简单、测定准确、实验可重复性强等优势。

关键词：煤热解反应热测定 TG-DSC法热流基线

宁夏灵武煤热解过程中稀土元素配分规律及地球化学特征

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中国矿业大学学报 2016年第3期45卷 602-609页

作者：党钾涛解强王新梁鼎成东赫中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

采制宁夏灵武煤样,在1 000℃/min升温速度下对煤样进行不同终温(300,400,500,600,700,800,900℃)的热解制取半焦样;采用ICP-MS法测试煤样及其热解半焦样中稀土元素的含量,并对半焦样中稀土元素地球化学参数进行计算、分析.结果表明:宁... 详细信息

采制宁夏灵武煤样,在1 000℃/min升温速度下对煤样进行不同终温(300,400,500,600,700,800,900℃)的热解制取半焦样;采用ICP-MS法测试煤样及其热解半焦样中稀土元素的含量,并对半焦样中稀土元素地球化学参数进行计算、分析.结果表明:宁夏灵武煤中稀土元素丰度不高,其中轻稀土元素,重稀土元素,Sc,Y的质量分数分别为29.731×10-6,3.402×10-6,2.570×10-6,5.690×10-6;热解半焦中稀土元素含量随热解终温的升高而升高,稀土元素在半焦中呈富集趋势,但轻、重稀土元素的富集程度不同;原煤样与热解半焦样中稀土元素分布模式均表现为趋势相似的由左向右先陡降后平缓的曲线,原煤样为Eu负异常的V型曲线,热解半焦样的Eu负异常不明显,Ce负异常明显,说明轻稀土元素分馏程度较高,重稀土元素分馏程度较低.

关键词：高速升温热解稀土元素分布模式

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自由基辅助粉煤灰合成沸石分子筛的研究进展

硅酸盐学报 2024年第1期52卷 347-358页

作者：梁鼎成张蕊聪解强谢珠璨刘缘中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

沸石分子筛(简称沸石)在吸附、分离和催化等领域具有广阔应用前景,但沸石合成速率慢、工业化生产效率低;同时高品质沸石主要由化学原料合成,制备成本高,因此,利用自由基提高合成速率,以粉煤灰为硅铝源降低合成成本,对沸石的工业化生产... 详细信息

沸石分子筛(简称沸石)在吸附、分离和催化等领域具有广阔应用前景,但沸石合成速率慢、工业化生产效率低;同时高品质沸石主要由化学原料合成,制备成本高,因此,利用自由基提高合成速率,以粉煤灰为硅铝源降低合成成本,对沸石的工业化生产和大宗固废的消纳具有重要的现实意义。本文对自由基促进沸石合成的作用机理进行调研,同时探究自由基促进粉煤灰硅铝活化的可能机制,挖掘自由基在沸石合成体系中的产生及存在,并针对粉煤灰来源广、成分杂问题,系统梳理了各类预处理方法,在此基础上,提出了利用自由基有望解决粉煤灰中硅铝活化难的问题,这将为粉煤灰大规模、高值化利用提供可能途径。

关键词：沸石分子筛自由基粉煤灰催化机理硅铝活化

基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法研究进展

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化工进展 2024年第3期43卷 1535-1551页

作者：周逸寰解强周红阳梁鼎成刘金昌中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

结构模型的构建是多孔炭材料结构表征、“构效”关系探究、吸附模拟研究等的前提和基础。本文对基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法、应用及特点进行了综述性评介,以挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)吸附净化用活... 详细信息

结构模型的构建是多孔炭材料结构表征、“构效”关系探究、吸附模拟研究等的前提和基础。本文对基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法、应用及特点进行了综述性评介,以挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)吸附净化用活性炭的选型需求为导向,分析各种模型构建方法的适用性。结果表明,由片段单元组装构成多孔炭结构的早期模型,能展现多孔炭材料的部分表观性质,但对多孔炭吸附性能的解析与机理阐释尚缺乏指导意义。多孔炭结构模型构建方法可归为仿真过程法和结构重建法,前者适于炭材料微观结构演变的研究,但所需算力高;后者通过拟合多孔炭的实验、表征数据、在一定约束条件下重建模型,其中的随机填充法可以针对性地调控模型的孔结构和官能团,应用于吸附模拟研究时有助于确定吸附特定VOCs的最优孔结构、筛选合适的活性炭,进而指导多孔炭材料的制备。然而,对包括随机填充法在内的结构重建法,尚需掌握量化调控结构模型孔结构、表面官能团的方法与关键参数,发展能够进行多参数、多指标“构效”关系研究的多尺度化模型,才能对多孔炭材料的实际应用提供指导。

关键词：分子模拟活性炭结构模型动力学模型随机填充法

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不同煤阶煤中温热解半焦微观结构及形貌研究

中国矿业大学学报 2016年第4期45卷 799-806页

作者：梁鼎成解强党钾涛杨明顺何璐东赫中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 大唐国际化工技术研究院有限公司北京100070

采制胜利褐煤、神木烟煤及太西无烟煤煤样进行终温为750℃的慢速升温（3~15℃/min）及中快速升温（50~750℃/min）热解;借助X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）对3种煤样及其热解半焦的微晶结构及微观形貌进行表征,基于XRD谱... 详细信息

采制胜利褐煤、神木烟煤及太西无烟煤煤样进行终温为750℃的慢速升温（3~15℃/min）及中快速升温（50~750℃/min）热解;借助X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）对3种煤样及其热解半焦的微晶结构及微观形貌进行表征,基于XRD谱图解析获得煤样及半焦样的微晶尺寸L_c和L_a并计算石墨化度g.结果表明：随着煤化程度的增加,煤的石墨化度g,微晶堆积高度Lc和径向尺寸L_a增加,层间距d002降低;随着热解升温速度的提高,褐煤热解半焦石墨化度g增加,烟煤则先增加后降低,而无烟煤表现出先大幅度增加后下降、但下降趋势逐渐变缓;煤焦微晶结构参数受升温速率影响的敏感程度不同,3种煤样煤焦微晶层片大小L_a受到中快速升温的影响较大,在慢速升温过程中变化较小.而层片高度L_c受到升温速率影响程度较小,煤焦微晶单元的内部生长受升温速率尤其是快速升温的影响更大;褐煤慢速中温热解有利于获得反应活性高的产物,无烟煤热解有利于制备高石墨化度的炭素材料,而烟煤的可塑性较高,可通过改变升温速率来获得反应性较好或类石墨化等性质不同的产物.

关键词：热解升温速率变质程度微晶结构微观形貌

气流床气化炉的原料反应性评价、过程强化及环境影响

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洁净煤技术 2019年第1期25卷 21-28页

作者：黄于益梁鼎成解强中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

"富煤、贫油、少气"的能源赋存特点决定了在相当长的时期内我国煤化工与石油化工相互依存、互为补充的必要性,发展煤化工是发挥我国煤炭资源优势、降低石油对外依存度、保障我国能源安全的重要途径。论文首先对气流床气化炉的原料煤反... 详细信息

"富煤、贫油、少气"的能源赋存特点决定了在相当长的时期内我国煤化工与石油化工相互依存、互为补充的必要性,发展煤化工是发挥我国煤炭资源优势、降低石油对外依存度、保障我国能源安全的重要途径。论文首先对气流床气化炉的原料煤反应活性评价方法做了综述性分析,着重阐述了煤在气流床气化炉内高温、高压环境下组成、结构及性质的变化规律,并深入探讨了工艺强化带来的新的环境问题。结果表明,现有的评价方法难以真实反映出原料性质是否与气流床气化工艺相匹配,有必要对化工生产过程中气流床气化炉内的生产环境进行模拟,建立起合适的原料性质评价体系,重点探究对生产过程影响最深的气化反应活性;对气化工艺参数的强化是有限度的,一味的强化无益于化工生产,寻找工艺和技术经济指标的最优点是工艺强化的研究方向;高温、高压的气化条件下煤中的大分子有机物大多分解,使得酚类、焦油、COD、BOD等传统污染物含量大幅下降,但煤中部分微量元素在高温高压下易挥发、易活化特征以及现代煤化工规模利用煤的累积效益,使得煤中微量有害元素或造成不可忽视的环境影响,其中以Hg、As等微量元素造成的危害最大。为气流床气化工艺寻求合适原料的评价体系、寻求过程强化的限度、对新型污染源的污染进行调研并建立可能的防治方法是现代煤化工进一步发展必须解决的瓶颈问题。

关键词：煤化工气流床气化炉评价体系过程强化限度污染

VOCs在活性炭中的堆积:形成机制及影响因素

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化工进展 2023年第11期42卷 5969-5980页

作者：周红阳周逸寰张连秀梁鼎成解强中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 山东格瑞德集团人工环境产业设计研究院山东德州253000

活性炭吸附是含挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)工业有机废气净化的有效方法。然而,在实际应用中常见吸附了VOCs的活性炭难以完全脱附,尤其是在净化含苯乙烯、丁二烯等成分的废气时甚至出现脱附后活性炭吸附容量大幅衰... 详细信息

活性炭吸附是含挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)工业有机废气净化的有效方法。然而,在实际应用中常见吸附了VOCs的活性炭难以完全脱附,尤其是在净化含苯乙烯、丁二烯等成分的废气时甚至出现脱附后活性炭吸附容量大幅衰减的现象。本文评价近年来活性炭吸/脱附的研究进展,梳理活性炭吸附性能衰减的原因,识别活性炭孔隙堆积物种类和探讨堆积物的形成机制,以厘清影响堆积形成的关键因素。结果表明,被吸附的VOCs在活性炭循环吸/脱附过程中通过热解、偶联、聚合、热氧化反应及化学吸附等方式形成堆积物,堵塞孔道,堆积物可能是化学吸附物种、半焦/焦炭和聚合物;其中高吸附温度、低再生升温速率、高吹扫气流速、高沸点及动力学直径较大的VOCs和高微孔率的活性炭更易导致堆积形成;脱附温度、再生吹扫气含氧量、VOCs分子结构、活性炭表面官能团及无机成分对堆积的影响还未有定论。研究开发高效再生方法、活性炭定向制备与改性或是缓解堆积的技术途径。

关键词：挥发性有机物活性炭堆积机制影响因素

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