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PET掺杂对新型木质素基泡沫炭合成的影响

林业工程学报 2024年第1期9卷 117-124页

作者：韩笑马中义许爱芹曲望达青岛农业大学生命科学学院青岛266109 中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室太原030001 山东省金乡县胡集镇农业服务中心济宁272200

泡沫炭具有低密度、高强度、高导电性、多孔骨架结构等诸多优点,是一种高端的整体性先进碳材料。在多种泡沫炭制备的原材料中,木质素因其可再生、低成本、高产量、高芳香性等特点而逐渐受到重视。基于木质素的热学性质复杂且特殊,近年... 详细信息

泡沫炭具有低密度、高强度、高导电性、多孔骨架结构等诸多优点,是一种高端的整体性先进碳材料。在多种泡沫炭制备的原材料中,木质素因其可再生、低成本、高产量、高芳香性等特点而逐渐受到重视。基于木质素的热学性质复杂且特殊,近年来笔者开发了一种简单、高效的木质素基泡沫炭合成方法。为进一步实现泡沫炭结构与性能的调控,本研究主要通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)对木质素进行掺杂,考察PET可能对木质素转化过程中产生的影响,以及转化产物(新型泡沫炭)的材料结构与性能,从而提出PET掺杂对木质素基泡沫炭合成的影响。研究结果表明,PET的掺杂对于木质素的发泡过程有调节作用,其与木质素较好的相容性可以成功制备出木质素-PET基泡沫炭。PET的含量对泡沫炭的体密度、真密度、微观孔泡结构、机械强度等均有较为显著的影响。相比之下,X射线衍射和拉曼光谱结果表明PET掺杂对于泡沫炭的微观碳结构几乎没有影响。当PET掺杂量提升为20%时,泡沫炭的性能略有下降,可能与PET与木质素的均匀混合难度提升相关。本研究提出了通过掺杂高分子以改变新合成方法下泡沫炭结构与性能的思路,对泡沫炭的合成和调控具有指导意义。

关键词：木质素聚对苯二甲酸乙二醇酯掺杂合成泡沫炭

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泡沫炭基电磁屏蔽复合材料制备综合实验设计

实验技术与管理 2024年第5期41卷 69-75页

作者：刘和光游才印田娜杨慧娟冯卓宏王哲哲西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048 福建师范大学物理与能源学院福建福州350117

该文聚焦电磁屏蔽材料和纳米材料的热点研究方向,设计了泡沫炭材料与银纳米颗粒(Ag NPs)复合材料的制备及电磁屏蔽性能分析综合实验。该实验通过直接炭化三聚氰胺泡沫及水热还原原位生长法制备了Ag NPs/泡沫炭复合材料。通过测量AgNPs/... 详细信息

该文聚焦电磁屏蔽材料和纳米材料的热点研究方向,设计了泡沫炭材料与银纳米颗粒(Ag NPs)复合材料的制备及电磁屏蔽性能分析综合实验。该实验通过直接炭化三聚氰胺泡沫及水热还原原位生长法制备了Ag NPs/泡沫炭复合材料。通过测量AgNPs/泡沫炭复合材料的电磁屏蔽参数,优化了电磁屏蔽效能。实验通过材料合成、物性表征、理论参数测试、性能应用等四个环节,拓宽了学生的知识面,锻炼了他们的实践动手能力和分析解决实际问题的能力。

关键词：泡沫炭电磁屏蔽银纳米颗粒电磁屏蔽效能综合实验

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泡沫炭传热建模仿真研究进展

炭素技术 2024年第3期43卷 23-33+40页

作者：汪鸿炜赵利冉黔松栗丽梁国杰龚乐乐罗志涛李凯解强中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院国民核生化灾害防护国家重点实验室北京航空航天大学航空科学与工程学院

泡沫炭因其结构性能好、可调节性强等优点，被视为优异的热管理材料，拥有广阔的应用前景，基于其多孔特性，探究其导热性能和结构的关系成为研究热点。传热仿真研究可以指导泡沫炭孔道结构和制备方法的进一步改良与设计。本文总结了泡... 详细信息

泡沫炭因其结构性能好、可调节性强等优点，被视为优异的热管理材料，拥有广阔的应用前景，基于其多孔特性，探究其导热性能和结构的关系成为研究热点。传热仿真研究可以指导泡沫炭孔道结构和制备方法的进一步改良与设计。本文总结了泡沫炭传热仿真研究的几何结构基础和各向异性特征，介绍了几种现有的泡沫炭传热仿真理想化模型和各向异性模型，阐述了泡沫炭传热有限元研究的基础理论和仿真方法，整理了对几何模型和传热仿真结构进行有效性验证的方法，最后对泡沫炭传热建模仿真的发展方向进行了展望。作者认为，泡沫炭传热仿真研究需要以其多孔几何结构及几何参数为基础，研究的重难点为由泡孔结构和石墨本身性质决定的各向异性，现有的理想几何模型主要包括面心立方模型、体心立方模型、正四面体模型、正八面体模型、随机分布模型、随机算法模型，各向异性模型主要有椭球形体心立方模型、发泡机理模型、开尔文十四面体模型和三维计算机断层扫描模型4种，对泡沫炭的传热研究均具有重要参考价值。泡沫炭传热有限元研究一般使用ANSYS或ABAQUS软件计算其固体骨架热传导性，使用实验测量数据或Klett理论模型可以对模型有效性进行验证。鉴于泡沫炭石墨片层结构无法通过宏观几何建模实现，需要探究更加准确的各向异性多孔材料传热模拟方法，研究泡沫炭石墨韧带及片层排布的有序性与其制备条件及有效热导率的关系，便于进一步研究泡沫炭各向异性传热机理。

关键词：泡沫炭几何模型各向异性有限元传热建模仿真

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富油煤热解重质焦油基泡沫炭性能研究

煤田地质与勘探 2024年

作者：张蕾刘春江宋瑞康王琪陈雅黄鹏程西安科技大学地质与环境学院陕西煤田地质集团有限公司自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室宁夏回族自治区煤炭地质局

富油煤热解重质焦油制备石墨化泡沫材料是富油煤资源高值化利用的方式之一。为探究不同反应条件与泡沫炭性能的联系从而制备高性能泡沫炭材料，以重质焦油制备中间相沥青为前驱体，采用高温自发泡法制备泡沫炭。考察不同反应温度、升温... 详细信息

富油煤热解重质焦油制备石墨化泡沫材料是富油煤资源高值化利用的方式之一。为探究不同反应条件与泡沫炭性能的联系从而制备高性能泡沫炭材料，以重质焦油制备中间相沥青为前驱体，采用高温自发泡法制备泡沫炭。考察不同反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能的影响，最后进行Box-Behnken响应面设计实验建立二次多项回归方程，揭示泡沫炭孔隙率、导热系数与反应条件的关系。结果表明：反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能有显著影响。泡沫炭孔隙率的最优值为72.8%，对应的条件为温度559℃、压力0.48 MPa、升温速率9℃/min，影响因素温度>压力>升温速率；泡沫炭导热系数最优值为0.219 W/(m·K)，对应的条件为温度549℃、压力2 MPa、升温速率3.9℃/min，影响因素升温速率>压力>温度。经过响应面模型优化后的工艺参数可制备具有良好孔隙率及导热性的泡沫炭材料，为提升富油煤热解效率提供新方案。

关键词：富油煤重质焦油中间相沥青泡沫炭响应面实验

Raman和FTIR光谱半定量分析中间相沥青基泡沫炭的结构演变行为（英文）

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新型炭材料(中英文) 2024年

作者：刘越常胜凯苏展鹏黄祖健覃吉杨建校湖南大学材料科学与工程学院先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室

本文以中间相沥青（MP）为原料，经过450°C发泡、320°C预氧化、1 000°C炭化和2 800°C石墨化工艺制备了石墨化泡沫炭（GFm）。同时研究并比较了MP前驱体经球磨或液相萃取预处理后制备的GFm在结构和性能上的差异，并对每个制备阶段样... 详细信息

本文以中间相沥青（MP）为原料，经过450°C发泡、320°C预氧化、1 000°C炭化和2 800°C石墨化工艺制备了石墨化泡沫炭（GFm）。同时研究并比较了MP前驱体经球磨或液相萃取预处理后制备的GFm在结构和性能上的差异，并对每个制备阶段样品的拉曼光谱和红外光谱进行了半定量计算分析。在此基础上，半定量光谱分析提供的泡沫炭结构和化学成分的详细信息以及结合其显微观察特征，深入分析了制备过程中由MP到GFm的演变行为。结果表明：球磨可以使MP中芳烃组分分布趋于集中，有助于均匀发泡，从而获得孔径均匀、综合性能较优的GFm。液相萃取有助于去除MP中的轻组分，同时保留大的芳烃分子，在后处理过程中形成具有最大平均尺寸的碳质微晶平面，从而获得石墨化程度最高、开孔最少的GFm，并呈现出最佳的抗压性能（2.47 MPa）、最高的热导率（64.47 W/(m·K)）和最低的电阻（13.02μΩ·m）。因此，本文建立的半定量光谱分析与显微观察相结合的表征策略，为中间相沥青基泡沫炭的结构演变分析及其可控制备提供了可靠的理论知识。

关键词：中间相沥青泡沫炭拉曼光谱红外光谱石墨化

木质基N,P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭制备及电容去离子性能研究

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功能材料 2024年第6期55卷 6026-6034页

作者：孔祥鑫张坤吴振威李伟刘守新东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040 东北林业大学木质新型材料教育部工程研究中心哈尔滨150040

以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH_(4)H_(2)PO_(4))为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO_(2)活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分... 详细信息

以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH_(4)H_(2)PO_(4))为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO_(2)活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分别对N,P-GCF的表面形态、晶体结构、化学性质、亲水性能进行分析,通过改变NH_(4)H_(2)PO_(4)的添加量探究其对泡沫炭孔结构、电化学性能及电容去离子性能(CDI)的影响。结果表明:经GOs改性与NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂后,孔泡尺寸下降,无序性提高。N,P-GCF具有分级孔结构。当NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂量为2 g时,具有最高的比表面积(2684.11 m^(2)·g^(-1))、总孔容(1.42 cm^(3)·g^(-1))和介孔率(49.45%),N、P质量分数分别为2.48%和3.46%。N元素主要以N-5、N-6、N-X形式存在,P元素主要为P-C、P-N。相比于CF,N,P-GCF2.0具有优异的润湿性及力学性能。在1 mol·L^(-1)NaCl电解液的三电极体系中,1 A·g^(-1)的电流密度时N,P-GCF2.0的比电容为256.48 F·g^(-1),当电流密度增加至15 A·g^(-1)时,比电容保持率达72.51%。在500 mg·L^(-1)的初始NaCl溶液、1.2 V的工作电压下,N,P-GCF2.0具有最佳脱盐能力(29.97 mg·g^(-1))及盐吸附速率(1.84 mg·g^(-1)·min^(-1)),10次循环后脱盐能力保留率为90.12%,具有较好的循环稳定性。

关键词：木质基 N P共掺杂氧化石墨烯泡沫炭电容去离子

多孔泡沫炭/聚吡咯负载金纳米线催化剂的制备及催化应用研究

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化工新型材料 2024年第S1期52卷 187-191,198页

作者：于俊徐鑫磊刘振中应佳蕾陈瑛袁太阳河南科技职业大学周口466000 浙江大学台州研究院台州318000 四川大学高分子科学与工程学院成都610065 浙江环之美环保科技有限公司台州318000

三维多孔泡沫碳是一种重要的催化剂载体材料,如何开发新型的泡沫炭基复合催化剂材料具有重要意义。首先采用高温热解法将三聚氰胺泡沫制成泡沫碳;然后通过原位聚合法制备泡沫碳/聚吡咯复合载体;进一步采用氨基硅烷偶联剂修饰CF@PPy,并... 详细信息

三维多孔泡沫碳是一种重要的催化剂载体材料,如何开发新型的泡沫炭基复合催化剂材料具有重要意义。首先采用高温热解法将三聚氰胺泡沫制成泡沫碳;然后通过原位聚合法制备泡沫碳/聚吡咯复合载体;进一步采用氨基硅烷偶联剂修饰CF@PPy,并通过浸泡法在其表面修饰金种子,制备泡沫碳/聚吡咯负载金纳米粒子催化剂;最后,通过化学还原法制备出多孔泡沫碳/聚吡咯负载金纳米线催化剂。采用扫描电镜对复合催化剂的形貌进行表征。结果表明:聚吡咯均匀地生长在泡沫碳上,金纳米线均匀地负载在泡沫碳/聚吡咯上面。利用紫外-可见光谱分别研究该催化剂在水相和油水乳液中对4-硝基苯酚的催化还原效果。实验得出:CF@PPy@AuNWs比CF@PPy@AuNPs具有更优的催化还原效果,且循环使用5次后的催化效率仍大于90%。本方法制备过程简单,催化性能良好,具有重要的科学意义和较大的潜在应用价值。

关键词：泡沫炭聚吡咯金纳米线对硝基苯酚催化还原

发泡温度对常压自发泡煤基泡沫炭结构和机械强度的影响

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煤炭学报 2022年第10期47卷 3812-3821页

作者：杨暖暖高翔宇王美君申岩峰孔娇常丽萍吕永康太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室山西太原030024

煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一,煤基泡沫炭因其独特的物化性能具有良好的应用前景。以强黏结性焦煤为原料,采用常压自发泡法,在塑性区间内不同发泡温度条件下制得以开孔结构为主的无定型煤基泡沫炭;利用SEM、XRD、全... 详细信息

煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一,煤基泡沫炭因其独特的物化性能具有良好的应用前景。以强黏结性焦煤为原料,采用常压自发泡法,在塑性区间内不同发泡温度条件下制得以开孔结构为主的无定型煤基泡沫炭;利用SEM、XRD、全自动压汞仪和真密度分析仪等手段表征了泡沫炭的微观形貌、泡孔结构和微晶结构,并采用电子压力试验机测定了泡沫炭的机械强度,分析了发泡温度对泡沫炭结构和性能的影响。结果表明,发泡温度不同引起原料煤热分解以及胶质体流动性行为变化,导致制备过程中煤样的发泡程度不同,进而对泡沫炭生料(NCF)的泡孔结构及碳骨架结构产生影响,使得在最大流动度对应的温度(480℃)作为发泡温度时所得NCF-480开孔率最高(70.89%)、体积密度最小(0.460 g/cm^(3)),但其碳骨架结构相对致密导致其机械强度提高,抗压强度和抗折强度分别达到1.63 MPa和1.11 MPa。经高温炭化,炭化泡沫炭(CCF)的孔径减小,开孔率和体积密度增大,同时缩聚反应使碳骨架更加致密,导致其机械强度明显提高。其中,CCF-490的平均孔径、开孔率以及体积密度均处于中间值且孔径差异较小,其机械性能表现最为优异,抗压强度和抗折强度分别达到8.52 MPa和5.14 MPa。合成的具有良好结构性能的煤基泡沫炭材料表现出优异的应用前景,同时也为煤炭的材料化高附加值利用提供了新思路。

关键词：常压自发泡泡沫炭焦煤发泡温度泡沫炭结构机械强度

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自发泡方法制备木质素基高比表面积泡沫炭

林业科学 2022年第3期58卷 139-148页

作者：桂有才左宋林金凯楠南京林业大学化学工程学院林产化学与材料国际创新高地江苏省农林生物质资源国家重点实验室培育建设点南京210037

【目的】根据木质素结构特点,探究一种木质素基泡沫炭制备方法,为木质素制备新型炭材料提供新的技术方法和产品。【方法】以酶解木质素为碳质前驱体,以氯化锌和酚醛树脂为催化剂和增强剂,在未添加发泡剂的情况下,经混合塑化、发泡、固... 详细信息

【目的】根据木质素结构特点,探究一种木质素基泡沫炭制备方法,为木质素制备新型炭材料提供新的技术方法和产品。【方法】以酶解木质素为碳质前驱体,以氯化锌和酚醛树脂为催化剂和增强剂,在未添加发泡剂的情况下,经混合塑化、发泡、固化、炭化等工艺制备木质素基高比表面积泡沫炭;采用热重分析、扫描电子显微镜和氮气吸附等方法分析木质素发泡机理、过程以及制备的泡沫炭结构;通过测试泡沫炭的密度、机械性能、开孔率等质量指标,探讨发泡温度、氯化锌和酚醛树脂用量对泡沫炭结构的影响。【结果】热重分析结果表明,氯化锌显著催化并降低木质素热分解温度,使木质素发生热分解的温度与发生软化/塑化的温度重合,为木质素热分解产生的挥发性物质发挥发泡功能提供合适温度区域,酚醛树脂与木质素之间形成的三维网状结构赋予发泡前驱体较好的韧性和强度,为木质素自发泡提供基础。160~180℃是合适的发泡温度;氯化锌用量显著影响泡沫炭的密度和孔隙率,酚醛树脂用量主要影响泡沫炭的孔泡尺寸和开孔率。在未添加发泡剂的情况下,采用自发泡方法制备出体积密度为0.26~0.46 g·cm^(-3)、孔隙率为74%~85%、开孔率为82%~94%以及比表面积为524~1055 m^(2)·g^(-1)的孔泡结构较均匀的高比表面积木质素基泡沫炭。【结论】利用氯化锌催化木质素的热分解作用和木质素塑化等特性,可实现木质素自发泡,制备出发达孔泡结构的木质素泡沫炭,为木质素工业化利用提供一条新的技术路线。

关键词：木质素泡沫炭自发泡酚醛树脂氯化锌