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热解炭和AQDS协同介导电子传递过程

环境化学 2024年

作者：刘博祝冰倩武宇飞宋双杰李含雪张鹏云南省土壤固碳与污染控制重点实验室昆明理工大学环境科学与工程学院

随着热解炭在环境中应用的增多，天然有机质（nature organic matter,NOM）与热解炭在环境中的共存现象也越来越普遍；两者都具有介导电子传递的能力，但两者的联合介导电子传递过程却没得到相应研究.本文以蒽醌-2,6-二磺酸二钠（anthra... 详细信息

随着热解炭在环境中应用的增多，天然有机质（nature organic matter,NOM）与热解炭在环境中的共存现象也越来越普遍；两者都具有介导电子传递的能力，但两者的联合介导电子传递过程却没得到相应研究.本文以蒽醌-2,6-二磺酸二钠（anthraquinone-2,6-disulfonate,AQDS）作为NOM在实验室条件下的模拟物，添加不同质量的石墨烯与海藻酸钠混合制备具有明显电导率差异的热解炭，通过电化学工作站扫描AQDS与热解炭混合后的循环伏安曲线，计算分析其电子转移速率的变化.由于具有较大的比表面积和丰富的含氧官能团，热解炭可以吸附一定的AQDS.通过电子传递常数分析发现，虽然部分AQDS被吸附，但是热解炭可以强化溶液中剩余AQDS的电子转移能力；且这一强化作用随着热解炭的导电性的升高而增强.由于热解炭和NOM介导的电子传递过程在碳氮循环等众多生物地球化学过程中扮演重要角色，因此本研究将为准确评估热解炭和NOM的地球化学效应提供理论支撑.

关键词：热解炭 NOM 导电性电子传递

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生物质热解炭与煤混合燃烧特性与动力学研究

合肥工业大学学报（自然科学版） 2022年第7期45卷 886-893页

作者：任琼邢献军马培勇陈涛张学飞刘娜合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学先进能源技术与装备研究院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 安徽省蓝天能源环保科技有限公司安徽合肥231606

文章采用热重分析法研究生物质热解炭与煤及其混合物在不同升温速率、不同掺混比例的条件下从室温加热至1000℃的燃烧特性,并利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算燃烧过程中样品的动力学特性参数。结果表明:生物质热解炭的燃烧行为与煤类似... 详细信息

文章采用热重分析法研究生物质热解炭与煤及其混合物在不同升温速率、不同掺混比例的条件下从室温加热至1000℃的燃烧特性,并利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算燃烧过程中样品的动力学特性参数。结果表明:生物质热解炭的燃烧行为与煤类似,但其燃烧性能要好于煤;升温速率的提高使得样品的微分热失重(derivative thermogravimetric,DTG)曲线向高温区移动且会产生燃烧热滞后现象,但样品的残余量不会有显著变化;煤掺烧生物质热解炭会改善其燃烧性能,随着生物质热解炭掺混比例的增加,混合物的残余量随之减少,着火性能和燃烧性能逐渐提升;生物质热解炭与煤混燃时会出现协同效应,高温区域协同效应更加显著;活化能的相关系数均高于0.97,混合样品中生物质热解炭掺混比例为70%的样品活化能最小,活化能为105.38 kJ/mol。

关键词：煤热解炭混合燃烧协同效应动力学

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人工心瓣热解炭材料断裂性能研究

人工心瓣热解炭材料断裂性能研究

作者：刘刚杭州电子科技大学

学位级别：硕士

热解炭是一种类陶瓷的硬脆性材料,因其具有出色的化学稳定性以及良好的生物相容性等特点,在生物医学领域常用作人工机械心脏瓣膜的涂层材料。植入人体的人工机械心脏瓣膜工作于复杂的生理环境当中,且瓣片表面热解炭涂层长期承受血流的... 详细信息

热解炭是一种类陶瓷的硬脆性材料,因其具有出色的化学稳定性以及良好的生物相容性等特点,在生物医学领域常用作人工机械心脏瓣膜的涂层材料。植入人体的人工机械心脏瓣膜工作于复杂的生理环境当中,且瓣片表面热解炭涂层长期承受血流的循环冲击作用,涂层表面可能会因空化气蚀等原因的影响出现微小裂纹缺陷。随着时间的推移,这些微小裂纹可能会扩展形成宏观裂纹,甚至导致瓣片发生断裂,致使人工机械心脏瓣膜可靠性降低甚至完全失效,威胁瓣膜植入者的生命健康。因此,针对人工机械心脏瓣膜用热解炭材料断裂性能展开研究对预测心瓣有效寿命及提高其结构稳定性具有重要意义。本文采用实验与数值模拟等方法对热解炭材料断裂性能展开研究,采用ABAQUS有限元联合FRANC3D断裂分析软件计算热解炭表面复合型裂纹初始起裂角,并对其裂纹扩展进行仿真分析;采用MTS疲劳试验机对热解炭及热解炭石墨复合材料圆盘试样进行紧凑拉伸实验,通过显微镜观察试样断口形貌并分析断裂机制。具体研究内容如下:1.采用ABAQUS联合FRANC3D软件对人工机械心脏瓣膜热解炭涂层表面中心半椭圆形裂纹初始起裂角进行分析计算。结果表明:半椭圆形裂纹初始起裂角关于裂纹前缘中心节点对称,裂纹扩展方向相反;裂纹深度恒定时,I型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大而增大,II型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大先减小后增大;裂纹倾斜角恒定时,裂纹深度越小,对模型表面裂纹初始起裂角的影响越大,且裂纹深度对I型裂纹初始起裂角的影响程度大于II型裂纹。2.采用MTS疲劳试验机制备热解炭及热解炭石墨复合材料圆盘试样断口,并利用光学显微镜与扫描电子显微镜对试样断口形貌进行观察分析。结果表明:光学显微镜下的热解炭断口相对石墨断口更为平整,石墨断口因存在较多颗粒物而相对粗糙;扫描电子显微镜下的热解炭断口表现为柱状颗粒和片层状形貌,断裂类型主要为沿晶断裂,而石墨断口存在大量白色解理面以及晶粒脱落形成的微孔,断裂类型主要为穿晶断裂;热解炭等类陶瓷材料的裂纹扩展过程是内在损伤机制与外在屏蔽机制共同作用的结果。3.采用ABAQUS联合FRANC3D软件研究人工心瓣热解炭涂层的裂纹扩展过程。讨论裂纹深度与倾斜角对裂纹扩展行为的影响。结果表明:瓣片运行应力最大值出现在瓣片耳肩区,该区域存在明显的应力集中现象;拉伸载荷作用下,减小裂纹深度与增大裂纹倾斜角可以降低热解炭材料疲劳裂纹扩展速率,提高人工心瓣的使用寿命。

关键词：人工心瓣热解炭裂纹初始起裂角断口形貌裂纹扩展断裂机制

木质素与纤维素热解炭结构特性对其高温石墨化过程的影响机制

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林业工程学报 2022年第6期7卷 124-131页

作者：陈超杨梦梅孙康毕海明王傲刘颖徐茹婷中国林业科学研究院林产化学工业研究所生物质化学利用国家工程实验室江苏省生物质能源与材料重点实验室南京210042 南京林业大学化学工程学院南京210037 千年舟新材科技集团股份有限公司杭州311100

通过对纤维素和木质素热解炭结构差异的研究发现,纤维素热解炭主要由碳微晶构成,木质素热解炭则包含部分原骨架结构;在氩气氛围中将热解炭于超高温下(1 600~2 800℃)进一步处理,并通过X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和高分辨率... 详细信息

通过对纤维素和木质素热解炭结构差异的研究发现,纤维素热解炭主要由碳微晶构成,木质素热解炭则包含部分原骨架结构;在氩气氛围中将热解炭于超高温下(1 600~2 800℃)进一步处理,并通过X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和高分辨率透射电镜等表征产物的结构与形貌,测试产物的导电性能,根据热解炭石墨化处理前后结构、形貌和导电性能的变化,研究高温条件下热解炭的结构重构建机制。结果表明:木质素热解炭经2 800℃处理后,产物中形成了大面积连续的高度石墨化区域,且缺陷较少,产物石墨化度可达89.53%,层间距为0.336 3 nm,于20 MPa压强下电导率可达105 S/cm;相同条件下纤维素产物的石墨化度为76.74%,层间距为0.337 4 nm,并包含较多结构缺陷,导致其在20 MPa压强下的电导率低于50 S/cm。分析可知,木质素热解炭中保留的骨架结构有利于其在高温下扩环重构建,进而形成大面积连续石墨化片层;而纤维素热解炭中碳微晶的交联状态在高温下难以转变,限制了石墨化区域的扩大,导致所得产物结构中存在较多缺陷。

关键词：石墨化纤维素木质素热解炭结构重构建

碳纳米管阵列/热解炭复合材料的制备和表征（英文）

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新型炭材料 2014年第5期29卷 374-379页

作者： Harshad Patel L M Manocha S Manocha Institute of Research and Development Gujarat Forensic Sciences University Department of Materials Science Sardar Patel University

以甲烷为碳源,通过化学气相沉积和化学蒸汽渗透两步法将热解炭填充至碳纳米管阵列间的空隙而制备出碳纳米管阵列/热解炭复合材料。采用扫描电镜和拉曼光谱仪对样品的结构进行表征。结果表明,碳纳米管被热解炭填充和覆盖形成均相的复合膜... 详细信息

以甲烷为碳源,通过化学气相沉积和化学蒸汽渗透两步法将热解炭填充至碳纳米管阵列间的空隙而制备出碳纳米管阵列/热解炭复合材料。采用扫描电镜和拉曼光谱仪对样品的结构进行表征。结果表明,碳纳米管被热解炭填充和覆盖形成均相的复合膜,其密度增加4倍,同时热解炭已石墨化。

关键词：碳纳米管阵列化学气相沉积化学蒸汽渗透复合材料热解炭

热解炭涂层对C/C复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能的影响

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粉末冶金材料科学与工程 2013年第4期18卷 585-593页

作者：杨鑫苏哲安黄启忠柴立元殷腾房啸中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学冶金科学与工程学院长沙410083

采用化学气相沉积工艺在C/C复合材料表面制备热解炭涂层,利用扫描电镜以及能谱仪等分析手段研究涂层的结构,通过氧乙炔焰烧蚀试验考察热解炭涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能的影响。结果表明:在C/C复合材料表面沉积热解炭涂层可显著提... 详细信息

采用化学气相沉积工艺在C/C复合材料表面制备热解炭涂层,利用扫描电镜以及能谱仪等分析手段研究涂层的结构,通过氧乙炔焰烧蚀试验考察热解炭涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能的影响。结果表明:在C/C复合材料表面沉积热解炭涂层可显著提高材料的短时高温耐烧蚀性能。经过20 s的高温氧乙炔焰烧蚀后,与无热解炭涂层的C/C复合材料试样相比,涂层试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降26.92%和75.76%。在烧蚀中心区,热解炭涂层完全被烧蚀损耗掉;在烧蚀过渡区,涂层表现为局部烧穿;而在烧蚀边缘区,涂层表面烧蚀后形成了众多的烧蚀孔洞,呈现出蜂窝状的结构形貌。烧蚀过程中,涂层的烧蚀机制以热氧化和燃气冲刷为主。

关键词： C C复合材料耐烧蚀涂层热解炭氧乙炔焰烧蚀

生物炭促进餐厨垃圾发酵产己酸效能及机理研究

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环境工程 2022年第12期40卷 29-36页

作者：丁子贞徐先宝欧阳创薛罡李响东华大学环境科学与工程学院上海201620 上海环境卫生工程设计院有限公司上海200232

研究了餐厨垃圾制备的水热炭和热解炭对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,分析了生物炭的理化性质及微生物群落结构。结果表明:空白组己酸最大产量仅为1.65 g COD/L,投加5 g/L水热炭和热解炭对产己酸均有促进作用,己酸最大产量分别为3.64,24.24... 详细信息

研究了餐厨垃圾制备的水热炭和热解炭对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,分析了生物炭的理化性质及微生物群落结构。结果表明:空白组己酸最大产量仅为1.65 g COD/L,投加5 g/L水热炭和热解炭对产己酸均有促进作用,己酸最大产量分别为3.64,24.24 g COD/L,为空白组的2.2,14.7倍;而过量水热炭和热解炭(10 g/L和20 g/L)反而对产己酸具有抑制效应。生物炭理化性质对比分析表明:热解炭可促进直接种间电子传递,比表面积更大的热解炭可为产己酸功能菌群提供更大面积的附着位点,富集己酸功能菌,促进乙醇和丁酸转化成己酸。微生物群落分析表明:5 g/L热解炭组产己酸功能菌Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens和Clostridium_sensu_stricto_11的相对丰度分别为35.6%、2.0%和1.7%。

关键词：水热炭热解炭餐厨垃圾厌氧发酵己酸

低温快速热解条件下城市污泥热解炭的燃烧性能及其影响因素研究

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环境工程 2023年第S02期41卷 558-561,567页

作者：戴财胜侯俊威樊文帅贺茂森湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

模拟工业生产中外热式炭化炉,组装了污泥热解装置对城市污泥进行热解实验,采用热重分析法研究了城市污泥热解炭燃烧性能的影响因素及其判别方法。结果表明:热解温度是影响城市污泥热解炭燃烧性能的重要因素,热解时间对城市污泥热解炭燃... 详细信息

模拟工业生产中外热式炭化炉,组装了污泥热解装置对城市污泥进行热解实验,采用热重分析法研究了城市污泥热解炭燃烧性能的影响因素及其判别方法。结果表明:热解温度是影响城市污泥热解炭燃烧性能的重要因素,热解时间对城市污泥热解炭燃烧性能的影响有限,热解温度越高,时间越长,污泥热解炭的燃烧性能越差;污泥热解炭的燃烧性能与其燃料比F密切相关,可以用F判别污泥热解炭的燃烧性能;低温快速热解有利提高城市污泥热解炭的产率及热值,改善污泥热解炭的燃烧性能,对节能减碳,实现城市污泥的高效能源化利用有重要意义。

关键词：城市污泥热解炭热解燃烧性能

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废旧轮胎热解炭资源化利用研究进展

轻工学报 2022年第6期37卷 119-126页

作者：平丹黄思光张冠铭于涛毛文政雷书连方少明吴诗德郑州轻工业大学材料与化学工程学院河南郑州450001 延吉海关综合技术服务中心吉林延吉136200 富维薄膜(山东)有限公司山东潍坊261061

针对废旧轮胎热解炭的品质和市场应用直接影响废旧轮胎热解回收过程的经济性问题,对废旧轮胎热解工艺、主要影响因素及其资源化利用情况进行综述,指出:废旧轮胎热解过程是一个复杂的过程,主要受热解温度、升温速率、操作压力和反应时间... 详细信息

针对废旧轮胎热解炭的品质和市场应用直接影响废旧轮胎热解回收过程的经济性问题,对废旧轮胎热解工艺、主要影响因素及其资源化利用情况进行综述,指出:废旧轮胎热解过程是一个复杂的过程,主要受热解温度、升温速率、操作压力和反应时间的影响;热解炭含碳率高达80%以上,已广泛应用于活性炭制备、橡胶补强剂、沥青添加剂、电池材料、油墨等领域。未来需进一步改进和优化废旧轮胎热解系统,更深入地研究热解机理和动力学反应过程,以实现对热解过程更精准的控制,同时开发废旧轮胎预处理与热解和热解炭深加工于一体的技术体系,进一步提高热解炭的特性和品质,拓宽其应用领域,实现热解炭的高价值资源化利用。

关键词：废旧轮胎热解炭热解工艺资源化