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基本信息

項(xiàng)目名稱：
銅摻雜炭氣凝膠的制備及其在燃油脫硫中的應(yīng)用
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
炭氣凝膠(carbon aerogel)是一種輕質(zhì)、多孔、非晶態(tài)、塊體納米炭材料，其連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在納米尺度控制和剪裁。它是一種新型的氣凝膠，孔隙率高達(dá)80～98%，典型的孔隙尺寸小于50nm，網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒直徑3~20nm， 比表面積高達(dá)600~1100m2/g。在很多方面具有廣泛應(yīng)用。
詳細(xì)介紹：
炭氣凝膠的制備一般可分為三個(gè)步驟：即形成有機(jī)凝膠、超臨界干燥和炭化。其中有機(jī)凝膠的形成可得到具有三維空間網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)凝膠；超臨界干燥可以維持凝膠的織構(gòu)而把孔隙內(nèi)的溶劑脫除；炭化使得凝膠織構(gòu)強(qiáng)化，增加了機(jī)械性能，并保持有機(jī)凝膠織構(gòu)。我們實(shí)驗(yàn)采用的是常壓干燥，碳化后先進(jìn)行了炭氣凝膠表征實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)和SEM觀察，得到了所得樣品的表征，在將樣品放入含硫量為500 ppm的正辛烷模擬汽油中進(jìn)行脫硫?qū)嶒?yàn)，并用液相色譜分析脫硫量，得到樣品的脫硫效果分析了脫硫效果。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

通過(guò)間苯二酚與甲醛在含有銅離子的水溶液中縮聚反應(yīng)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的常壓干燥方法以及氮?dú)夥障碌母邷靥炕苽浜~的炭氣凝膠，利用所得炭氣凝膠進(jìn)行了燃油脫硫的實(shí)踐，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下建立了模擬汽油脫硫效果的精確分析方法。開(kāi)發(fā)新型的硫的吸附材料

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

利用簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物合成具有廣泛用途的炭氣凝膠，并將其用于脫硫的研究，在其他文獻(xiàn)中還很少涉及，同時(shí)制備過(guò)程采用常壓干燥也是很好的嘗試。所得炭氣凝膠也是一種環(huán)保材料。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

隨著燃油標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，采用常規(guī)的脫硫方法很難達(dá)到理想效果。因此，開(kāi)發(fā)新的脫硫方法和脫硫試劑是非常緊迫的研究課題。然而，目前為止利用炭氣凝膠作為燃油吸附脫硫劑的研究非常有限，炭氣凝膠作為燃油脫硫高效吸附劑的潛在價(jià)值沒(méi)有得到應(yīng)有重視。本研究將銅摻雜炭氣凝膠應(yīng)用于燃油脫硫領(lǐng)域，對(duì)降低環(huán)境污染，拓展炭氣凝膠的應(yīng)有領(lǐng)域具有一定的意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

通過(guò)間苯二酚與甲醛在含有銅離子的水溶液中縮聚反應(yīng)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的常壓干燥方法以及氮?dú)夥障碌母邷靥炕苽淞算~摻雜的炭氣凝膠。采用N2吸附、掃描電鏡表征了典型樣品的比表面積、孔徑和表面形貌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 所得樣品具有較大的比表面積,最大的達(dá)到了574 m2/g， 最小的也有461 m2/g；所有樣品的孔徑都在2 nm左右。研究了所得多孔材料在燃油脫硫方面的應(yīng)用， 發(fā)現(xiàn)這些材料對(duì)模擬汽油具有較好的脫硫效果， 最大的脫硫效率達(dá)到了85.6%。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

炭氣凝膠是氣凝膠家族中近20年來(lái)出現(xiàn)的新成員。炭氣凝膠是經(jīng)溶膠一凝膠過(guò)程、超臨界干燥過(guò)程和高溫炭化過(guò)程得到的一種非晶、固態(tài)、輕質(zhì)、多孔的新型納米炭材料，其孔隙率高達(dá)80-99.8%，典型孔隙尺寸小于50 nm，網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒尺寸3-20 nm，比表面積600-2000 m2/g。 金屬摻雜是炭氣凝膠改性的另一類重要方法。摻雜金屬離子不但可以改變炭氣凝膠的表面形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，而且給材料賦予了催化活性，電磁性等性能。此外，許多過(guò)渡金屬摻雜劑也能改變炭氣凝膠及其有機(jī)氣凝膠前驅(qū)體結(jié)構(gòu)，而且將其與氣體活化協(xié)同使用，可以更方便的改變炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，隨著金屬組分的摻雜，炭氣凝膠的傳導(dǎo)性能如導(dǎo)電性及磁導(dǎo)率也將發(fā)生明顯的變化，因而在應(yīng)用方面有很好的價(jià)值。而金屬的摻雜方法有很多種，有浸漬法，離子交換法，沉積法以及金屬鹽溶于凝膠前軀體中的方法。 由于炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能特性，炭氣凝膠可用于制造超級(jí)電容器的電極，還可用于催化劑及催化劑載體、氣體過(guò)濾材料、藥物載體、紅外線吸收材料和聲阻抗禍合材料等領(lǐng)域，有良好的應(yīng)用前景。目前美國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家對(duì)炭氣凝膠的研究開(kāi)發(fā)工作極為關(guān)注。炭氣凝膠由于良好的電化學(xué)性能、高的比表面積和可控的孔徑分布，是一種理想的電極材料。通過(guò)外部電源使電極產(chǎn)生極化，從而將溶液中的異性離子吸引到電極上，用這種方法可以去除水中的陰陽(yáng)離子、重金屬離子、輻射性同位素及一些有機(jī)廢棄物。另外美國(guó)勞侖茲利物莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正積極開(kāi)展炭氣凝膠作高能量密度、高功率密度的雙電層電容的研究，初步實(shí)驗(yàn)表明炭氣凝膠的充電容量達(dá)3×104 F·kg-1，經(jīng)4000次充放電實(shí)驗(yàn)說(shuō)明循環(huán)性能良好。炭氣凝膠穩(wěn)定的熱化學(xué)性能及低原子序數(shù)，可望成為新一代激光慣性約束聚變靶極低密度的氖吸附材料，從而節(jié)約驅(qū)能，提高聚變產(chǎn)額。比表面積是影響炭氣凝膠電極性能的重要因素。由于雙電層在電極固液界面產(chǎn)生，理論上比表面積越大，比電容越大。但是，許多研究表明比電容與比表面積沒(méi)有明顯的線性關(guān)系。在考慮比表面積的影響時(shí)，還要考慮孔徑的大小及分布。一般認(rèn)為，只有直徑大于0.5 nm的微孔才能有效地讓水溶液中的離子進(jìn)入，從而形成雙電層。由于炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能特性，炭氣凝膠可用于制造超級(jí)電容器電極。
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