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湘东北地区早寒武世石煤沉积物源区研究

煤炭科学技术 2024年第3期52卷 169-179页

作者：张卫国侯恩科李焕同周佳瑞杨佳美西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054

湘东北地区早寒武世石煤中伴生有多种高含量元素,属性特征鲜明。为查明该区石煤的沉积物来源,从石煤元素地球化学角度入手,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子质谱仪(ICP–MS)分别测定了研究区12个石煤样品的常量元素和微量元素... 详细信息

湘东北地区早寒武世石煤中伴生有多种高含量元素,属性特征鲜明。为查明该区石煤的沉积物来源,从石煤元素地球化学角度入手,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子质谱仪(ICP–MS)分别测定了研究区12个石煤样品的常量元素和微量元素含量。根据石煤中常量元素组合关系、微量元素含量特征、稀土元素分布特征及相关元素地球化学参数,探讨了湘东北地区早寒武世石煤的沉积物源区。结果表明:湘东北地区早寒武世石煤以无机矿物质为主要组成部分,石煤中SiO_(2)含量占比最高,SiO_(2)与其他常量元素(及其他常量元素之间)关系不明显,石英矿物形态具有陆源输入特征;石煤中微量元素(V,As,Sr,Mo,Cd,Sb,Ba,Bi,U)具有明显富集特征,稀土元素分布特征和Nb/Y–Zr/TiO_(2)关系表明石煤受到了中性岩影响,LaN/YbN表明石煤沉积物沉积速率自东南向西北有减小趋势,即物源来自东部和南部方向;w(SiO_(2))/w(Al_(2)O_(3)),w(Al_(2)O_(3))/w(Al_(2)O_(3)+Fe_(2)O_(3)),w(Al)/w(Al+Fe+Mn)和K_(2)O/Na_(2)O–SiO_(2)构造判别模型显示早寒武世石煤沉积于大陆边缘区域,主要接受陆源输入。通过与研究区东南方向分布的上墅群中酸性岩中稀土元素、Rb、Nb、Pb含量以及双溪坞群出露的岩浆岩中常量元素含量及组合特征综合比较,并结合江南造山带的演化历史,认为江南造山带东南缘发育的中、酸性岩带为湘东北地区早寒武世石煤沉积物源区,亦是石煤富集微量元素的主控因素之一。

关键词：湘东北石煤元素地球化学物源

超声空化-流体剪切协同强化油团聚分选煤气化细渣

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煤炭学报 2024年第2期49卷 1083-1097页

作者：周安宁陈恒韩瑞张宁宁郭凯强西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

煤气化细渣(CGFS)具有较高的利用价值,但残炭回收率低极大地制约了其资源化利用。油团聚分选法在CGFS分选过程中具有明显优势,但炭灰共生结构严重限制了油团聚分选效率。为突破油团聚法分离富集残炭技术的瓶颈问题,考察了超声时间、超... 详细信息

煤气化细渣(CGFS)具有较高的利用价值,但残炭回收率低极大地制约了其资源化利用。油团聚分选法在CGFS分选过程中具有明显优势,但炭灰共生结构严重限制了油团聚分选效率。为突破油团聚法分离富集残炭技术的瓶颈问题,考察了超声时间、超声功率、流体剪切时间及其交互作用对油团聚分选效果的影响,并结合BET、粒度分布、FT-IR、XPS以及SEM-EDS等分析手段,揭示了超声空化-流体剪切(UC-FS)协同预处理对油团聚分选效果的强化机理。结果表明:当超声功率为270 W、超声处理时间29 min、流体剪切时间23 min时,能分选得到灰分为9.55%的精矿、灰分为91.51%的尾矿,可燃体回收率可提高至90.54%。超声空化作用使原本致密的炭灰结构逐渐松散,与流体剪切的冲刷作用协同促进CGFS的孔隙结构的发展,使炭灰颗粒解离度增加,从而降低了精矿灰分。UC-FS协同预处理能够有效增加残炭表面C—C、C=C以及C—H等疏水基团的比例,使其接触角由110.34°增加到121.16°,扩大了炭和灰颗粒表面疏水性差异,提高了油团聚分选的效果。UC-FS协同预处理使炭灰颗粒高效分离的强化作用主要归因于超声空化气泡与细粒微球耦合产生的微磨料效应。可为实现CGFS分质资源化利用提供理论基础和技术指导。

关键词：煤气化细渣油团聚超声空化流体剪切炭灰结构解离

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电解煤浆制氢过程中煤阶及矿物的影响与煤结构演化研究进展

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化工进展 2024年第5期43卷 2294-2310页

作者：周安宁江雨寒刘墨宣赵伟李振西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

电解煤浆制氢(CSE)是一种在温和条件下实现电化学制氢与煤炭低碳清洁利用的新技术。电解煤浆制氢的理论分解电压仅为0.21V,实际消耗的能量约为电解水制氢的1/3~1/2,具有能耗低、污染小,可与煤基精细化学品制备、煤岩显微组分分离等过程... 详细信息

电解煤浆制氢(CSE)是一种在温和条件下实现电化学制氢与煤炭低碳清洁利用的新技术。电解煤浆制氢的理论分解电压仅为0.21V,实际消耗的能量约为电解水制氢的1/3~1/2,具有能耗低、污染小,可与煤基精细化学品制备、煤岩显微组分分离等过程集成的优点,但煤转化率低、煤浆电解机理不清晰等问题仍具有极大挑战性。本文讨论了CSE机理研究现状,概述了煤阶及矿物质对CSE的电氧化活性的影响,总结了CSE过程中煤表面元素、官能团结构、煤碳骨架结构在阳极区电化学氧化的变化规律,讨论了阴极区电化学还原对煤表面润湿性、Zeta电位等煤表面性质的影响,以及阴极区添加煤浆的电还原制氢及其耦合技术,以期为CSE制氢与煤低碳清洁利用提供理论支撑。此外,本文还展望了CSE的发展方向,提出了高性能CSE电极催化材料开发及煤氧化-还原反应调控机理研究是该技术获得突破的关键。

关键词：电解制氢电化学煤浆氧化煤结构

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孔结构对硬碳储钠性能影响研究进展

功能材料 2024年第6期55卷 6062-6068,6087页

作者：李雪张亚婷朱由余胡艳萍孔政翰李可可西安科技大学化学与化工学院西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安710021

凭借独特的结构特性,硬碳被认为是最有希望推动钠离子电池产业化的负极材料。硬碳的储钠性能除了与其层间距和化学组成有关,与纳米孔道也密切关联,具有超微孔、大孔容、低比表面积及闭孔的硬碳,可以减少固体电解质界面膜对储钠的影响,... 详细信息

凭借独特的结构特性,硬碳被认为是最有希望推动钠离子电池产业化的负极材料。硬碳的储钠性能除了与其层间距和化学组成有关,与纳米孔道也密切关联,具有超微孔、大孔容、低比表面积及闭孔的硬碳,可以减少固体电解质界面膜对储钠的影响,利于钠离子的嵌入/脱出,设计并调控硬碳孔结构已成为提升钠离子电池性能的关键点之一。通过选择合适的前驱体材料,调整热解工艺参数(升温速率、热解温度),改进预处理(物理活化、化学活化)方法,掺杂杂原子,包覆涂层等手段可以有效实现孔结构的调控。利用先进的表征手段结合理论计算实现硬碳材料孔结构的合理设计,制备低成本、高容量、高循环稳定性的负极材料,将是未来钠离子电池的发展方向。

关键词：硬碳孔结构调控储能钠离子电池

铜绿假单胞菌对富集镜质组新疆大南湖低阶煤的降解特性

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煤炭转化 2024年第3期47卷 70-82页

作者：木欣凯刘向荣刘丹许慧赵文硕西安科技大学化学与化工学院西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安710021

目前,微生物降解低阶煤技术已经取得显著的研究成果,但低阶煤的组成复杂,微生物降解低阶煤的机理仍然不明晰。因此,根据煤岩学的原理,分离得到富集镜质组的低阶煤(镜质组煤样),从而简化煤的组成,再利用微生物降解镜质组煤样,进而推知微... 详细信息

目前,微生物降解低阶煤技术已经取得显著的研究成果,但低阶煤的组成复杂,微生物降解低阶煤的机理仍然不明晰。因此,根据煤岩学的原理,分离得到富集镜质组的低阶煤(镜质组煤样),从而简化煤的组成,再利用微生物降解镜质组煤样,进而推知微生物对镜质组煤样的降解特性。采用重力分选法分离得到富集镜质组的新疆大南湖低阶煤,利用铜绿假单胞菌对硝酸预处理镜质组煤样进行降解,通过单因素实验和正交实验研究煤浆质量浓度、菌浓度、降解时间对铜绿假单胞菌降解镜质组煤样的影响。结果表明:三种因素按对降解效果的影响由大到小为降解时间、煤浆质量浓度、菌浓度,分析正交实验结果可知,铜绿假单胞菌降解预处理镜质组煤样的最优工艺条件为煤浆质量浓度6 g/L、菌浓度6.37×10^(6) CFU/mL、降解时间11 d,最大降解率为57.1%;对镜质组煤样、预处理镜质组煤样及降解后剩余镜质组煤样进行工业分析和元素分析,发现预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,C元素和N元素的质量分数减小,H元素和O元素的质量分数增大;由红外分析结果可知,预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,镜质组煤样中芳香结构发生变化,烷基侧链被降解;通过XRD分析发现,预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,芳香层片的间距d 002、堆砌高度L c、微晶宽度L a均减小,芳香层数N增大,表明铜绿假单胞菌能够降解预处理镜质组煤样中的芳香结构;采用气相色谱-质谱联用仪对铜绿假单胞菌降解预处理镜质组煤样后的液相产物进行分析,发现在二氯甲烷与甲苯萃取物中,质量分数最高的物质为烷烃类物质(均超过50%),其次为酯类物质(质量分数均在30%以上),相对分子质量均集中在142~394,说明铜绿假单胞菌可以将镜质组煤样降解为小分子;液相产物两种萃取物中还检测到部分胺类和硫取代基类化合物,综合元素分析结果得出铜绿假单胞菌能降解预处理镜质组煤样中的含氮结构和硫元素。

关键词：新疆大南湖煤镜质组铜绿假单胞菌微生物降解降解产物

镁渣对水煤浆气化细渣的中炭组分灰熔融特性的影响

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煤炭转化 2024年

作者：郭凯强韩瑞杨伏生赵伟张宁宁陈恒周安宁自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安科技大学化学与化工学院

煤气化灰渣的规模化处置与利用对于煤化工高质量发展和煤炭行业的低碳转型至关重要。制备多孔陶瓷材料是实现煤气化灰渣的绿色化、高端化、规模化消纳的重要途径。然而，调变煤气化灰渣灰熔融特性是多孔陶瓷制备的关键。为此，选取某水... 详细信息

煤气化灰渣的规模化处置与利用对于煤化工高质量发展和煤炭行业的低碳转型至关重要。制备多孔陶瓷材料是实现煤气化灰渣的绿色化、高端化、规模化消纳的重要途径。然而，调变煤气化灰渣灰熔融特性是多孔陶瓷制备的关键。为此，选取某水煤浆气化细渣的中炭组分(Medium-Carbon Components，MCC)为研究对象，以镁渣为添加剂，借助X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电镜和FactSage热力学模拟计算等手段，研究了高温时MCC矿物组成演变规律，以及镁渣对MCC灰熔融温度和灰黏度的影响机理。结果表明：MCC主要矿物组成为石英、方解石和白榴石等，且高温下会向低熔点钙长石和透辉石转化。镁渣主要成分为CaO和SiO2，以方解石、石英和菱镁矿等矿物形态存在。随着镁渣质量分数增加，MCC灰熔点先减小后增大，添加5%和10%镁渣可促进高熔点矿物质向低熔点钙长石-辉石转化，长石和辉石生成低温共熔体使体系灰熔点降低。此外，CaO和MgO等碱土金属氧化物对硅铝酸盐网状结构的解聚作用，使临界黏度温度降低，黏度对温度的响应更快。

关键词：煤气化细渣镁渣灰熔融特性矿物转化热力学模拟计算

碳点及其复合物在光催化还原CO领域中的应用

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化学进展 2024年

作者：党永强黄瑞冯香钰刘国阳朱由余张亚婷自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安科技大学化学与化工学院

化石燃料的大量消耗造成大气中二氧化碳浓度持续增加，导致温室效应、海平面上升等严重气候与环境问题，利用太阳光催化将CO2还原为具有附加值的碳氢燃料被视为最有潜力的解决方法之一。研究者已经开发出了多种光催化剂，其中碳点是一... 详细信息

化石燃料的大量消耗造成大气中二氧化碳浓度持续增加，导致温室效应、海平面上升等严重气候与环境问题，利用太阳光催化将CO2还原为具有附加值的碳氢燃料被视为最有潜力的解决方法之一。研究者已经开发出了多种光催化剂，其中碳点是一种尺寸小于10 nm的新型碳纳米材料，具有独特的上转换发光性质，可促进电子转移，合成方法友好且安全，广泛地应用在光催化还原CO2领域。本文从光催化还原CO2机理着手，在光吸收效率、载流子分离效率、CO2吸附能力和多重作用四个方面，详细综述了碳点及碳点复合材料在光催化还原CO2中的作用机制及性能评价，归纳了碳点在光催化还原CO2领域的优势，分析了其中存在的挑战和解决问题的可能途径，展望了未来发展前景，为促进碳点基光催化剂的发展提供新思路。

关键词：碳点碳点复合材料光催化二氧化碳还原光催化还原CO 机理

铜绿假单胞菌对新疆大南湖低阶煤镜质组的降解特性研究

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煤炭转化 2024年

作者：木欣凯刘向荣刘丹许慧赵文硕西安科技大学化学与化工学院自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室

通过重力分选法分离得到新疆大南湖低阶煤镜质组，利用铜绿假单胞菌对新疆大南湖低阶煤镜质组进行降解实验，通过单因素实验和正交实验研究煤浆浓度、菌液量、降解时间对铜绿假单胞菌降解镜质组的影响，获得三种因素对降解效果的影响权... 详细信息

通过重力分选法分离得到新疆大南湖低阶煤镜质组，利用铜绿假单胞菌对新疆大南湖低阶煤镜质组进行降解实验，通过单因素实验和正交实验研究煤浆浓度、菌液量、降解时间对铜绿假单胞菌降解镜质组的影响，获得三种因素对降解效果的影响权重为降解时间>煤浆浓度>菌液量，分析正交实验结果可知，铜绿假单胞菌降解新疆大南湖低阶煤镜质组的最优工艺条件为煤浆浓度6 g/L、菌浓度6.37×106CFU/mL、降解时间11 d，最大降解率为57.1%；对新疆大南湖低阶煤预处理镜质组及降解后剩余镜质组进行工业分析及元素分析，发现镜质组经过铜绿假单胞菌降解后，C，N元素含量下降，H，O元素含量上升；由红外分析结果可知，镜质组经过铜绿假单胞菌降解后，镜质组中芳香结构发生变化，烷基侧链被降解；通过XRD结果发现，镜质组经过铜绿假单胞菌降解后，芳香层片的间距d002增加，堆砌高度Lc增加，微晶宽度La增加，芳香层数N减少，表明铜绿假单胞菌能够降解镜质组中的芳香结构；采用气相色谱-质谱联用仪对铜绿假单胞菌降解新疆大南湖低阶煤镜质组后的液相产物进行分析，发现在二氯甲烷与甲苯萃取物中，含量最高的物质都为烷烃类，均超过50%；其次为酯类物质，含量均在30%以上，分子量均集中在142～394之间，说明铜绿假单胞菌可以将镜质组降解为小分子；液相产物两种萃取物中还检测到部分胺类和硫取代基类化合物，综合元素分析结果得出铜绿假单胞菌能降解镜质组中的含氮结构和硫元素。

关键词：新疆大南湖煤镜质组铜绿假单胞菌微生物降解降解过程

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煤基碳材料制备与电化学储能应用

洁净煤技术 2024年第5期30卷 99-117页

作者：李振尚颖泽朱张磊常静赵凯西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

煤基碳材料作为一种重要煤衍生碳材料,优点主要体现在比表面积高、导电性好、资源丰富且价格低,在储能领域应用前景广阔。煤基碳材料制备方法主要包括活化法、模板法以及杂原子掺杂法等。活化法是常用煤基碳材料制备方法,通过高温下用... 详细信息

煤基碳材料作为一种重要煤衍生碳材料,优点主要体现在比表面积高、导电性好、资源丰富且价格低,在储能领域应用前景广阔。煤基碳材料制备方法主要包括活化法、模板法以及杂原子掺杂法等。活化法是常用煤基碳材料制备方法,通过高温下用气体或化学试剂对煤活化处理,可获得具有高比表面积和丰富孔结构的煤基碳材料。模板法通过选择合适模板材料,制备有特殊孔结构的碳材料,且孔径均一、结构有序。杂原子掺杂法通过向煤基碳材料中引入杂原子,调控其电子结构和电化学性能,不仅可在碳材料表面形成官能团,提高材料反应效率,还可通过氧化还原反应产生赝电容,提高材料电化学性能。以煤为前驱体制备的煤基电极材料种类繁多,包括煤基无定形碳、煤基多孔碳、煤基石墨、煤基碳纳米纤维、煤基石墨烯及煤基石墨烯量子点等。与传统碳电极材料前驱体(天然石墨、石油焦、沥青焦等)相比,煤基碳材料芳香层片结构和烷基支链有特殊性质,芳香层片经高温石墨化形成横向延展的石墨晶层,而烷基支链则形成有活性基团的碳中间体或小分子团簇,进一步构筑出新碳材料,使煤基碳材料具备制造电极材料优势。在电化学储能领域,煤基电极材料已广泛的应用。研究者已将煤基碳材料应用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等储能器件,并取得良好性能表现。煤基碳材料作为潜力巨大的新型能源材料,具有广阔应用前景和重要研究意义。然而,目前煤基电极材料在储能领域研究仍存在着许多困难和挑战,如在对原煤处理过程中强氧化剂的使用、对高温高压环境和特殊保护气氛的需求,都会产生污染环境的废弃物及副产品。因此,未来不仅需优化煤基碳材料制备工艺、提高材料电化学性能、拓展煤基碳材料在能源储存领域应用,更需采用绿色、安全且经济的方法规模化制备高品质煤基碳材料,以期为煤炭清洁、高效、低碳利用提供支持,为开发先进煤衍生碳材料提供参考。

关键词：煤基碳材料制备方法储能应用前景

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