基本信息
- 項目名稱：
- 銅摻雜炭氣凝膠的制備及其在燃油脫硫中的應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 炭氣凝膠(carbon aerogel)是一種輕質、多孔、非晶態(tài)、塊體納米炭材料，其連續(xù)的三維網絡結構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80～98%，典型的孔隙尺寸小于50nm，網絡膠體顆粒直徑3~20nm， 比表面積高達600~1100m2/g。在很多方面具有廣泛應用。
- 詳細介紹：
- 炭氣凝膠的制備一般可分為三個步驟：即形成有機凝膠、超臨界干燥和炭化。其中有機凝膠的形成可得到具有三維空間網絡狀的結構凝膠；超臨界干燥可以維持凝膠的織構而把孔隙內的溶劑脫除；炭化使得凝膠織構強化，增加了機械性能，并保持有機凝膠織構。我們實驗采用的是常壓干燥，碳化后先進行了炭氣凝膠表征實驗，進行了氮氣吸附實驗和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行脫硫實驗，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
- 通過間苯二酚與甲醛在含有銅離子的水溶液中縮聚反應，經過簡單的常壓干燥方法以及氮氣氛下的高溫炭化制備含銅的炭氣凝膠，利用所得炭氣凝膠進行了燃油脫硫的實踐，在現有實驗條件下建立了模擬汽油脫硫效果的精確分析方法。開發(fā)新型的硫的吸附材料
科學性、先進性及獨特之處
- 利用簡單的有機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，在其他文獻中還很少涉及，同時制備過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。
應用價值和現實意義
- 隨著燃油標準的不斷提高，采用常規(guī)的脫硫方法很難達到理想效果。因此，開發(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值沒有得到應有重視。本研究將銅摻雜炭氣凝膠應用于燃油脫硫領域，對降低環(huán)境污染，拓展炭氣凝膠的應有領域具有一定的意義。
學術論文摘要
- 通過間苯二酚與甲醛在含有銅離子的水溶液中縮聚反應，經過簡單的常壓干燥方法以及氮氣氛下的高溫炭化制備了銅摻雜的炭氣凝膠。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。結果發(fā)現， 所得樣品具有較大的比表面積,最大的達到了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用， 發(fā)現這些材料對模擬汽油具有較好的脫硫效果， 最大的脫硫效率達到了85.6%。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] 張麗, 李春虎, 侯影飛. 吸附法車用燃油脫硫技術進展. 2007, 8, 51-55. [2] 張景成, 柳云騏, 安高軍. 吸附脫硫生產清潔油品. 化學進展, 2008, 20, 1834-1844. [3] 劉寧, 李明遠, 符若文. 炭氣凝膠微球的凝膠化機理. 新型碳材料, 2009, 24, 67-72. [4] 陳永. 多孔材料制備與表征. 安徽, 中國科學科技大學出版社, 2010. [5] 李文翠，郭樹才. 混甲酚甲醛炭氣凝膠的制備及表征. 燃燒化學學報, 2000, 28, 33-35.
同類課題研究水平概述
- 炭氣凝膠是氣凝膠家族中近20年來出現的新成員。炭氣凝膠是經溶膠一凝膠過程、超臨界干燥過程和高溫炭化過程得到的一種非晶、固態(tài)、輕質、多孔的新型納米炭材料，其孔隙率高達80-99.8%，典型孔隙尺寸小于50 nm，網絡膠體顆粒尺寸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)和微觀結構，而且給材料賦予了催化活性，電磁性等性能。此外，許多過渡金屬摻雜劑也能改變炭氣凝膠及其有機氣凝膠前驅體結構，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構。與此同時，隨著金屬組分的摻雜，炭氣凝膠的傳導性能如導電性及磁導率也將發(fā)生明顯的變化，因而在應用方面有很好的價值。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。 由于炭氣凝膠的結構和性能特性，炭氣凝膠可用于制造超級電容器的電極，還可用于催化劑及催化劑載體、氣體過濾材料、藥物載體、紅外線吸收材料和聲阻抗禍合材料等領域，有良好的應用前景。目前美國、德國、日本、法國等國家對炭氣凝膠的研究開發(fā)工作極為關注。炭氣凝膠由于良好的電化學性能、高的比表面積和可控的孔徑分布，是一種理想的電極材料。通過外部電源使電極產生極化，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離子、重金屬離子、輻射性同位素及一些有機廢棄物。另外美國勞侖茲利物莫爾國家實驗室正積極開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，初步實驗表明炭氣凝膠的充電容量達3×104 F·kg-1，經4000次充放電實驗說明循環(huán)性能良好。炭氣凝膠穩(wěn)定的熱化學性能及低原子序數，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)約驅能，提高聚變產額。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有明顯的線性關系。在考慮比表面積的影響時，還要考慮孔徑的大小及分布。一般認為，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入，從而形成雙電層。由于炭氣凝膠的結構和性能特性，炭氣凝膠可用于制造超級電容器電極。
