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多功能碳材料的制备及新工艺路线的研究

作　者: 史会卿
导　师: 李冀辉
学　校: 河北师范大学
专　业: 有机化学
关键词: 鳞片石墨 多功能碳材料 新工艺路线 制备 表征
分类号: TQ127.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在工业生产上,按鳞片石墨尺寸的大小可将其划分为50目、80目和-100目三种规格的鳞片石墨。其中-100目鳞片石墨的含碳量相对来说是比较低的,不利于制备出大膨胀体积的多功能碳材料,尽管它的原料价格非常低,但是也很少有厂家愿意去利用,所以工业生产上几乎把-100目鳞片石墨视为丢弃物。而50目和80目的天然鳞片石墨都是含碳量均比较高的,很容易制备出大膨胀体积的多功能碳材料,因此在工业生产上有很重要的应用价值。但是目前,多功能碳材料的生产成本较高,制备过程中的洗涤用水被全部排放掉,很浪费水资源,对环境的污染也很严重。本论文以含碳量较低的、廉价的-100目的鳞片石墨为原材料,采用化学氧化法和超声波法制备出了较大膨胀体积的多功能碳材料(又称石墨层间化合物Graphite Intercalation Compounds, GIC)。这将工业上很少有人使用的-100目鳞片石墨原料进行了有效的利用,为多功能碳材料的生产提供了生产技术,更重要的是节约了生产多功能碳材料的原料成本。本论文还将现有的制备多功能碳材料的生产工艺路线进行了改进。现有的制备多功能碳材料的生产工艺路线与我们改进后的新工艺路线的两大不同点为:现有的生产工艺路线是一次性投料,而新工艺路线是将原料分次分批的投入;现有的工艺路线的洗涤用水是没有被再利用的,而新工艺路线的洗涤用水是被重复利用的。因此制备多功能碳材料的新工艺路线的优点我们可以看到:首先,新工艺路线是在原有生产工艺路线的基础上进行的改进,不会增加生产设备的投入;其次,将洗涤用水进行重复利用,节约了生产成本,节约了水资源;再次,减少了含酸废水的排放量,降低了对环境的污染程度。本论文的研究工作可以被分成以下几个方面:1、分别以-100目、80目鳞片石墨为原料,采用化学氧化法和超声波法制备了多功能碳材料。2、对以-100鳞片石墨为原料的制备多功能碳材料的反应条件的优化及探索。3、对现有的制备多功能碳材料的生产工艺路线进行改进,降低生产成本,节约水资源,降低含酸废水对环境的污染程度。4、采用扫描电镜、透射电镜、X衍射等方法对制备出的多功能碳材料进行表征,并分析它们的内部结构、外观形貌和相关性能。5、进一步优化制备多功能碳材料的条件,对新工艺路线的更多的探究与展望。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 多功能碳材料的简介  9-11
    1.1.1 天然鳞片石墨  9
    1.1.2 低含碳量的鳞片石墨  9
    1.1.3 石墨层间化合物  9
    1.1.4 GIC 的分类  9-10
    1.1.5 GIC 的制备方法  10-11
    1.1.6 GIC 的应用  11
  1.2 膨胀石墨  11-13
    1.2.1 膨胀石墨简介  11-12
    1.2.2 膨胀石墨的特征及应用  12-13
  1.3 生产工艺  13-14
    1.3.1 新工艺路线的选题背景  13
    1.3.2 创新点  13
    1.3.3 技术关键和成果水平  13-14
    1.3.4 技术经济指标和产业化条件  14
    1.3.5 市场前景和预计经济、社会、环境效益  14
  1.4 立题依据  14-15
    1.4.1 -100 和80 目多功能碳材料制备的意义  15
    1.4.2 制备-100 和80 目多功能碳材料的可行性  15
    1.4.3 -100 和80 目多功能碳材料的应用前景  15
  1.5 本论文的工作  15-17
第二章 低含碳量多功能碳材料的制备与表征  17-39
  2.1 引言  17
  2.2 实验部分  17-18
    2.2.1 实验试剂  17
    2.2.2 实验仪器  17-18
  2.3 化学氧化法制备-100 目多功能碳材料  18-32
    2.3.1 -100 目鳞片石墨、高锰酸钾、浓硫酸、冰乙酸体系  18-24
    2.3.2 -100 目鳞片石墨、高锰酸钾、浓硫酸、次氯酸体系  24-30
    2.3.3 -100 鳞片石墨、重铬酸钾、浓硫酸体系  30-32
  2.4 超声法制备-100 目多功能碳材料  32-35
  2.5 化学氧化法制备80 目多功能碳材料  35-39
    2.5.1 80 目多功能碳材料的制备  35-36
    2.5.2 结果与讨论  36-37
    2.5.3 原料及产品的SEM 形貌分析  37-39
第三章 多功能碳材料制备的新工艺路线  39-45
  3.1 引言  39
  3.2 实验部分  39
    3.2.1 仪器  39
    3.2.2 试剂  39
  3.3 实验过程  39-40
  3.4 工艺路线  40-41
  3.5 结果与讨论  41-42
  3.6 多功能碳材料的产品表征  42-44
  3.7 小结  44-45
第四章 新工艺路线的反应机理和应用前景  45-47
  4.1 反应机理  45-46
  4.2 应用前景  46-47
参考文献  47-54
致谢  54-55
硕士阶段取得的科研成果清单  55

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 非金属元素及其无机化合物化学工业 > 第Ⅳ族非金属元素及其无机化合物 > 碳及其无机化合物 > 碳化物
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