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软硬炭复合材料的制备及其储钠性能研究
1
作者 徐家豪 张兆华 +6 位作者 刘宇昊 赵玮 李秀春 贾建波 黄光许 邢宝林 张传祥 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期95-104,共10页
钠离子电池(SIBs)作为储能器件备受人们关注,负极材料作为钠离子电池的重要组成部分是研究的热点之一。以煤化工副产物低灰煤焦油沥青为原料,通过直接与酚醛树脂混合,加以高温炭化,成功制备出煤沥青基软硬炭复合材料,考察了不同沥青/酚... 钠离子电池(SIBs)作为储能器件备受人们关注,负极材料作为钠离子电池的重要组成部分是研究的热点之一。以煤化工副产物低灰煤焦油沥青为原料,通过直接与酚醛树脂混合,加以高温炭化,成功制备出煤沥青基软硬炭复合材料,考察了不同沥青/酚醛树脂质量比对所制材料结构的影响并应用于钠离子电池。通过SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、FTIR等测试表明,酚醛树脂可以有效地抑制沥青在高温过程的过度石墨化,沥青也可以修复酚醛树脂在炭化过程中所产生的不可逆缺陷,同时沥青与酚醛树脂二者可在炭化过程中发生交联反应,有利于复合材料中伪石墨结构的形成,从而引入更多吸附和插层位点。随着沥青与酚醛树脂质量比的逐渐增加,复合材料的伪石墨结构含量呈现先上升后下降的趋势,其中质量比为1∶4所制复合材料(LF−1∶4)的伪石墨结构含量最高,为32.88%,优于纯沥青直接炭化所制材料(LQ)的21.28%和纯酚醛树脂直接炭化所制材料(FQ)的27.08%。恒流充放电、循环伏安法等电化学测试表明,沥青与酚醛树脂制备的复合材料具有较好的储钠性能,其中LF−1∶4的首圈库伦效率和可逆容量分别为80.87%和249.10 mAh/g,对比LQ的48.39%与90.39 mAh/g和FQ的73.46%与230.48 mAh/g具有明显的优势。同时,利用LF−1∶4所制备出的全电池表现出251.37 mAh/g的可逆容量,经过计算得出该全电池的能量密度为214 Wh/Kg。 展开更多
关键词 煤沥青 酚醛树脂 负极材料 钠离子电池 电化学性能
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基于高效解离-选择性絮凝耦合作用的煤气化渣提炭实验研究 被引量：3
2
作者 吴锦文 邓小伟 +5 位作者 陈乐 侯迎港 仲国龙 吕波 房朝军 张传祥 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期57-66,共10页
煤气化渣是由煤气化工艺产生的一种富含铝硅酸盐、灰组分及残炭的大宗工业固体废弃物,其规模化生产对生态环境造成了严重的影响。因此,将煤气化渣进行炭-灰分离是实现其减量化、无害化和资源化利用的关键。以煤气化渣为研究对象,采用高... 煤气化渣是由煤气化工艺产生的一种富含铝硅酸盐、灰组分及残炭的大宗工业固体废弃物,其规模化生产对生态环境造成了严重的影响。因此,将煤气化渣进行炭-灰分离是实现其减量化、无害化和资源化利用的关键。以煤气化渣为研究对象,采用高效解离-选择性絮凝耦合作用的工艺,为实现煤气化渣更为合理、高效的资源化利用,减少煤气化渣带来的土壤、空气、水体资源等污染问题,对煤气化渣进行提炭实验研究。首先分析了煤气化渣的理化性质,其次采用单因素变量法探究了磨矿时间、pH、絮凝剂种类、絮凝剂用量、高速剪切转速对煤气化渣提炭实验的影响,以实现残余炭产品的高度富集。结果表明:原煤气化渣灰分质量分数为67.19%,普通湿筛筛上物料灰分质量分数为54.3%,当煤气化渣磨矿时间为5 s, pH为7,絮凝剂聚氧化乙烯用量为0.4 kg/t,在转速为4 000 r/min高速剪切15 min的条件下提炭效果最佳,最终可获得产率为26.6%、湿筛筛上灰分质量分数为43.3%的残炭产品。对比普通湿筛法,基于高效解离-选择性絮凝实验方法在普通湿筛的基础上灰分质量分数降低了11%,降灰效果明显。 展开更多
关键词 煤气化渣 高效解离 选择性絮凝 耦合作用 炭-灰分离 提炭 残炭产品
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煤基灰/渣的大宗固废资源化利用现状及发展趋势 被引量：17
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作者 吴锦文 邓小伟 +2 位作者 焦飞硕 吕波 房朝军 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期238-252,共15页
近年来,煤炭工业快速发展,为国民经济运行提供了重要能源保障和原料支撑,与此同时,燃煤电厂、工业和民用锅炉等设备在煤燃烧和气化工艺过程中,产生大量的煤基灰/渣(粉煤灰、燃煤炉渣、气化渣)等工业固体废弃物,对生态环境造成了较大影... 近年来,煤炭工业快速发展,为国民经济运行提供了重要能源保障和原料支撑,与此同时,燃煤电厂、工业和民用锅炉等设备在煤燃烧和气化工艺过程中,产生大量的煤基灰/渣(粉煤灰、燃煤炉渣、气化渣)等工业固体废弃物,对生态环境造成了较大影响。以粉煤灰和气化渣为代表的煤基灰/渣为例,我国每年排放约8亿t粉煤灰和3500万t气化渣,但是受限于国家能源结构、产业政策等因素的影响,以及煤基灰/渣的资源分布、产地性质的制约,目前,煤基灰/渣的高效资源化利用率还有待提升,其中,粉煤灰的综合利用率为70%、气化渣的综合利用率仅为30%,未来我国大宗固废仍存在产量大、资源利用不充分、综合利用产品附加值低等困境。因此,进一步提升大宗固废综合利用水平,全面提高资源利用效率,积极落实国家“碳达峰”和“碳中和”相关政策,完成煤炭工业“十四五”发展规划中相关工作,是当前煤炭开发利用需面对的重要问题。基于此,针对煤基灰/渣的性质,开展了大量的探索,如分级、分选、提质等技术研究,开发了具有针对性的工艺技术及装备,部分实现了煤基灰/渣的大宗固废资源化利用和高附加值利用。鉴于煤基灰/渣具有比表面积大、孔隙结构发达、含碳量偏高、铝硅含量丰富等特性,目前已经作为原料广泛应用于建工建材、环保、生态、化工等领域。文章分别从大宗固废资源化利用和深加工高附加值利用两个方面对煤基灰/渣进行了阐述。①建工建材等应用领域仍是提升煤基灰/渣大宗固废资源化利用的重要方向,但由于煤基灰/渣资源化利用存在脱碳与炭−灰分离技术装备有待完善、脱水与干燥困难、重金属可能存在沉淀等问题,后续有待深入研究;②提取有用组分并用于功能性碳材料制备、环境污染治理等领域可实现煤基灰/渣深加工高附加值利用,但需对生产工艺环节中产生的酸碱性或重金属废液进行有效处理,从而减少对环境的污染。针对煤基灰/渣在大宗固废资源化利用中所存在的问题,探讨了其未来发展趋势,以期为煤基灰/渣的大宗固废资源化利用以及煤化工行业高端化、低碳化、绿色化发展提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 煤基灰/渣 粉煤灰 燃煤炉渣 煤气化渣 大宗固废资源化
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上榆泉煤矿洗选设备工艺性能检测及存在问题改进 被引量：1
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作者 周建国 宋万军 +7 位作者 白龙 张国强 李振宇 王磊 张鑫 张耀杰 张传祥 李小龙 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期515-520,共6页
随着矿井煤炭资源的不断开采利用,煤炭品质逐渐降低,原有的工艺生产性能降低。为探究最佳生产方案,选用矿井中原煤进行筛分浮沉实验,并对主要洗选设备重介质旋流器、弛张筛、TDS智能干选机做单机工艺性能检测,得到重介质旋流器数量效率... 随着矿井煤炭资源的不断开采利用,煤炭品质逐渐降低,原有的工艺生产性能降低。为探究最佳生产方案,选用矿井中原煤进行筛分浮沉实验,并对主要洗选设备重介质旋流器、弛张筛、TDS智能干选机做单机工艺性能检测,得到重介质旋流器数量效率分别达到97.49%,弛张筛下层筛面总错配物含量M_(O)=8.2%,TDS分选机的矸石带煤率5.26%,煤中带矸率16.92%,排矸率为77.69%,总错配物含量为11.90%,针对检测结果分析洗选设备存在的问题并提出建议。原煤粒度分布均匀灰分中等,含矸量偏高,多有泥化现象,精煤灰分应控制在30%;重介质旋流器运行过程中应控制好重介质旋流器中介质悬浮液密度以及介质桶中介质悬浮液密度和液位;张弛筛下层筛面筛分效率尚可,但临近难筛粒度物含量较高,生产中仍要进一步加强管理,提高操作水平,其次应当控制细粒级含量与入料水分,尽可能减少细粒级物料与结团物料的产生;TDS分选机的煤中带矸率明显高于标准值,应提高对TDS分选机的日常维护,及时检查线阵及物料上的异物,严格控制入料水分,建立完善的粉尘过滤及处理系统,以提高TDS分选机的分选效率。 展开更多
关键词 洗选设备 工艺性能 筛分 浮沉 检测
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煤沥青基炭负极材料的制备及其储钠性能 被引量：2
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作者 李秀春 杨晋伟 +7 位作者 李凌澍 霍慕逸 陈林 杨自强 俞佳 张兆华 刘宇昊 张传祥 《煤炭转化》 北大核心 2025年第1期67-78,共12页
钠离子电池具有安全性高和成本低等优势,在低速电动车和大规模储能领域的应用前景被看好,开发高性能、低成本的负极材料对钠离子电池发展意义重大。煤沥青因具有碳含量高、芳化度高等特征,是硬炭负极材料的优质前驱体,但直接高温热解会... 钠离子电池具有安全性高和成本低等优势,在低速电动车和大规模储能领域的应用前景被看好,开发高性能、低成本的负极材料对钠离子电池发展意义重大。煤沥青因具有碳含量高、芳化度高等特征,是硬炭负极材料的优质前驱体,但直接高温热解会产生石墨化的倾向,表现为碳层间距小,活性位点少,储钠容量低。因此,以煤沥青为原料,利用兼具活化和催化作用的NaCl为模板剂,经800℃炭化制备沥青基硬炭材料,借助X射线衍射(XRD)、Raman光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、低温氮气吸附仪、X射线光电子能谱(XPS)等表征技术探究炭材料的微观结构,并借助恒流充放电和循环伏安法等探究煤沥青作为钠离子电池负极材料的储钠性能。结果表明:NaCl的加入能够明显提高材料的比表面积,引入更多的活性位点,同时促进局部石墨片层的形成,并使其封闭孔体积显著提高;当NaCl与煤沥青的质量比为10∶1时,制备的煤沥青基多孔炭PN2具有163 m^(2)/g的比表面积,具有高斜坡比容量和高平台比容量的电化学特征,在50 mA/g电流密度时可逆比容量为229.6 mAh/g,当电流密度增大到2 A/g时,仍能保持99 mAh/g的可逆比容量,同时表现出良好的循环稳定性,200圈循环后的比容量保持率为79.51%;机理分析表明,煤沥青基多孔炭的储钠机制可归因于扩散行为和电容行为的综合控制。 展开更多
关键词 煤沥青 钠离子电池 多孔炭 负极材料 电化学性能
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兰炭基硬炭的微观结构调控及储钠性能 被引量：3
6
作者 何艳宾 张兆华 +6 位作者 刘宇昊 屈笑笑 郝睿 黄光许 贾建波 邢宝林 张传祥 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期63-74,共12页
目前硬炭大规模生产主要受到制备工艺的限制。以兰炭为原料,经硫酸铵一步水热处理后进行1400℃高温炭化,制备兰炭基硬炭,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析了兰炭基硬炭的微观结... 目前硬炭大规模生产主要受到制备工艺的限制。以兰炭为原料,经硫酸铵一步水热处理后进行1400℃高温炭化,制备兰炭基硬炭,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析了兰炭基硬炭的微观结构及表面官能团等在硫酸铵水热处理与高温炭化过程中的演变规律,并通过恒流充放电、恒电流间歇滴定以及循环伏安测试等方法研究不同兰炭基硬炭用作钠离子电池负极材料的电化学性能,探索微观结构对负极材料电化学储钠性能的影响机制及兰炭基硬炭的电化学储钠机理。结果表明:通过调节硫酸铵水热处理温度可以精准调控兰炭基硬炭中各碳相的相对含量,从而达到提高其储钠性能的目的;当水热处理温度为260℃时,得到的样品(NLC-260)具有较高含量的伪石墨结构(32.4%)以及适量的无序结构(36.4%),表现出最佳的电化学性能,在20 mA/g的电流密度下可逆容量可达294.0 mAh/g,首次库伦效率高达83.0%,经1000次循环后容量保持率仍可达79.6%。 展开更多
关键词 兰炭 硫酸铵 硬炭 微观结构调控 钠离子电池
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