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以石油渣油为原料制备多孔炭及其性能研究

作　者: 李灿
导　师: 黄正宏
学　校: 清华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 渣油 类模板法 多孔炭 吸附脱硫 双电层电容
分类号: TQ424.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


多孔炭是一种具有发达孔隙结构和巨大比表面积的吸附材料,它具有吸附能力强和化学稳定性好等特点,目前已经广泛应用于环境保护、化工、食品加工、冶金、制药等领域。多孔炭主要是以含碳质较高的物质制成,如木材、煤、果壳等。石油渣油富含碳质,来源广泛,全世界石油渣油的年产量约为6～7亿吨,但大部分被直接作为燃料油,既是对资源的浪费,又污染环境。因此,本文以石油渣油为原料,通过水蒸气活化、化学活化和类模板法等制备成多孔炭材料。通过氮吸附、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等分析手段对得到的多孔炭进行了表征。结果表明,水蒸气活化的方法制备的多孔炭以微孔为主,且随着活化时间的增加,比表面积增大,炭收率减小;化学活化法制备的多孔炭也以微孔为主,其最佳制备条件为:活化温度为800℃、活化2h,氢氧化钠/渣油的值为2:1,此时,能制备出BET比表面积为1778m2/g的多孔炭;而类模板法制备的多孔炭孔径分布窄,以中孔为主,且随着氧化镁/渣油比值的增加,其比表面积随之增大。吸附脱硫技术因投资小、脱硫率高,操作压力低且不消耗氢气,在燃油脱硫方面具有较大的发展空间和应用潜力。因此,本文考察了所制备的多孔炭对模拟燃油中有机硫化物噻吩和二苯并噻吩的吸附性能。实验表明,模拟燃油中的有机硫化物能容易地被除去。将以渣油为原料按不同方法制备的多孔炭及应用于双电层电容器极板材料,发现化学活化法制备的两种比表面积不同的多孔炭具有较高的比容量。而柠檬酸镁和渣油制备的多孔炭孔径以3.8nm左右的中孔为主,虽然比容量较低,但具有较高的大电流保持率。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 引言  8-19
  1.1 多孔炭的孔隙结构  8-9
  1.2 多孔炭的制备方法  9-16
    1.2.1 物理活化法  10-11
    1.2.2 化学活化法  11-12
    1.2.3 模板法  12-15
    1.2.4 类模板法  15-16
  1.3 问题的提出和论文结构  16-19
    1.3.1 问题的提出  16-17
    1.3.2 本论文的结构和研究内容  17-19
第2章 材料和实验方法  19-27
  2.1 实验材料及设备仪器  19-20
    2.1.1 实验材料  19
    2.1.2 实验设备和分析仪器  19-20
  2.2 实验方法  20-25
    2.2.1 多孔炭的制备  20-22
    2.2.2 多孔炭对模拟燃油中硫化物的吸附  22-25
    2.2.3 二苯并噻吩在多孔炭上吸附等温线的测定  25
    2.2.4 超级电容器极板材料的测试  25
  2.3 样品表征  25-27
    2.3.1 元素分析  25-26
    2.3.2 热重和差热分析  26
    2.3.3 比表面积和孔结构的测定  26
    2.3.4 表面形貌  26
    2.3.5 物相的测定  26-27
第3章 传统方法制备多孔炭  27-40
  3.1 渣油的性质  27-28
  3.2 原料的分析  28-30
    3.2.1 元素分析  28-29
    3.2.2 热分析  29-30
  3.3 水蒸气活化制备多孔炭  30-32
    3.3.1 制备工艺及方法  30-31
    3.3.2 结果与讨论  31-32
  3.4 化学活化制备多孔炭  32-39
    3.4.1 制备工艺及方法  32-33
    3.4.2 结果与讨论  33-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 类模板法制备多孔炭  40-49
  4.1 乙酸镁和渣油制备多孔炭  40-44
    4.1.1 实验方法  40
    4.1.2 结果与讨论  40-44
  4.2 柠檬酸镁和渣油制备多孔炭  44-48
    4.2.1 实验方法  44
    4.2.2 结果与讨论  44-48
  4.3 本章小结  48-49
第5章 多孔炭的吸附性能和电化学性能  49-60
  5.1 多孔炭对模拟燃油中有机硫化物的吸附  49-53
    5.1.1 实验方法  49-50
    5.1.2 结果与讨论  50-53
  5.2 多孔炭用于超级电容器极板材料  53-59
    5.2.1 实验方法  53
    5.2.2 结果和讨论  53-59
  5.3 本章小结  59-60
第6章 结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 试剂与纯化学品的生产 > 吸附剂 > 活性炭
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