【摘 要】
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随着环境中电磁辐射量的日益增大,电磁污染已经成为一个严重的问题,用于电磁屏蔽的材料其一种主要特性为导电性,所以现有的屏蔽材料多以金属为主,但有着诸多不足,开发新型屏蔽材料
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随着环境中电磁辐射量的日益增大,电磁污染已经成为一个严重的问题,用于电磁屏蔽的材料其一种主要特性为导电性,所以现有的屏蔽材料多以金属为主,但有着诸多不足,开发新型屏蔽材料成为需要。生物质的产量巨大,生物质炭化制得焦炭的导电性可以达到较高水平且成本低廉,是合适的新型电磁屏蔽材料。本文综合考虑我国生物质资源特点和经济环境效益,选取稻秆、稻壳、玉米芯、木质素、造纸黑液这五种生物质废弃物作为炭化研究对象。在自行设计的炭化试验系统上对生物质进行不同工况下的试验并对制得焦炭进行一些仪器分析,旨在探索焦炭导电机理以及高性能导电炭的制备工况。
试验证明,炭化温度是影响焦炭电阻率的最重要的一个因素,当炭化温度从400℃升高到900℃时,提高炭化温度对降低焦炭电阻率有明显的作用,低温炭化产生的焦炭主要由离子导电。炭化温度升高到900℃以上至1400℃时,焦炭电阻率仍有小幅下降,这个变化主要是焦炭结构石墨化程度的提高带来的。对于高温炭化条件下制得的稻壳和稻秆焦炭进行分析:红外光谱仪分析指出,焦炭内部C=C键大量增多。X-射线衍射仪也揭示了焦炭在002、101两个石墨品面出现吸收峰,并随着温度的升高石墨峰强度增大。这两个现象都证明了高温炭化给焦炭带来了石墨化倾向;催化剂种类及添加比对生物质炭电阻率降低有帮助,将空白生物质炭化到400℃再添加催化剂继续炭化比直接添加催化剂炭化产生焦炭的电阻率要低:物种对焦炭电阻率有一定影响,同样的炭化条件下,不同种类生物质焦炭导电性从高到低排序为:木质素、玉米芯、稻秆、稻壳;最高炭化温度下的恒温时间在达到一定的量(30min)时,单纯地继续延长时间,对焦炭电阻率的影响不明显;生物质粒径越小,其产生焦炭电阻率越小。
炭化对生物质的结构变化有较人影响,通过扫描电子显微镜观察焦炭的微观结构发现,高温炭化使焦炭中维管束收缩,细胞间隙变小,排列变得有序;外表面更加光滑致密,孔隙变小且排列紧密,焦炭整体密度增大。所有这些结构的变化都有利于焦炭电阻率的降低。
造纸黑液焦炭的SEM分析显示,焦炭的表面形貌无序且不规则,不利于焦炭的导电。但制得的造纸黑液焦炭仍然具有良好的导电性能。通过X-射线能量色散谱仪可以发现,由于黑液中含有大量的钠盐和钾盐,在炭化过程中可以有效帮助形成聚合度高的炭结构,达到使电阻率下降的效果。
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