电石的机械活化与新型炔基碳材料的表征及应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:syj19630113
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电石(CaC2)是煤化工的重要资源,长期以来,电石相关产业能耗高、污染严重、下游产品单一,严重制约了电石行业的发展。因此,研究电石的化学性质、探索提高电石反应活性的方法、开发电石的高值利用新技术对于电石化学的复兴以及电石工业的健康发展具有极为重要的意义。  本文认为,电石巨大的晶格能是限制碳化钙固有反应活性的主要因素,提出了利用球磨机械力破坏电石晶格结构、提高其反应活性的方案,并通过其与多卤代烃的反应验证了其可行性。根据电石中的炔基基团具有碳负离子性质的特点,将其分别与几种多卤代烃反应,制备出了相应的炔基碳材料。本文重点研究了电石与氯化橡胶和四氯化硅反应制备的两种碳材料(ACM-7和ACM-8)的结构和性质,对其结构进行了SEM、TEM、BET、EA、XPS、XRD、Raman等表征。结果表明,ACM-7是一种碳含量高(82%)、比表面积较大(504m2·g-1)、石墨化程度高(R=1.24)的微/介孔材料,其中存在C(sp3)-C≡C-C(sp3)结构单元;ACM-8是一种硅掺杂炔基碳材料,具有微/介孔结构,比表面积为570m2·g-1,C/Si原子比(4.1)接近理论比(4),石墨化程度高(R=1.13),结构中存在C≡C和C-Si键,并含有某种类SiC材料的晶体结构。  实验考察了炔基碳材料(ACM-1~ACM-6)对燃油中噻吩硫的吸附作用。结果表明,其对稠环噻吩硫(PASHs)有较好的吸附性能,其中,ACM-6对于模型油中DBT的吸附容量高达21.1m2·g-1,对真油中的PAHs也有一定选择性,易再生,循环使用稳定性好。这些炔碳材料还具有良好的吸附脱汞能力,其对Hg2+的吸附主要表现为物理吸附,其良好的汞吸附能力主要源于其较高的比表面积和C≡C与Hg2+之间的酸碱作用。其中,ACM-7对水体中的Hg2+吸附速率快、吸附容量高(175.1mg·g-1),脱附容易,循环利用性能稳定。另外,本文还研究了ACM-7和ACM-8的循环伏安、恒电流充放电、循环寿命和交流阻抗等电化学性能。结果表明,ACM-7具有优良的电化学性能,包括良好的充放电可逆性、电流密度稳定性、扫描速率稳定性、循环稳定性,和较强的电荷转移和离子扩散能力。本研究为电石化学的深入研究、新型炔基材料制备及应用提供了新思路。
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