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[硕士论文] 陶胜杰
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:多孔炭材料是指以碳作为基本骨架,并具有不同孔结构的材料。因其发达的孔结构,高比表面积以及良好的电子传导性广泛用于吸附、催化、电化学等领域。碳化钙作为含碳量较高的无机物,具有价格低廉,反应活性高等特点,适合作为碳材料原料。目前,CaC2工业面临着产能过剩、下游产品单一等问题,因此,开发CaC2的新应用对于电石行业的发展具有重要的意义。
  前期研究工作表明,球磨可以破坏CaC2的晶格结构,提高其反应活性,通过其与多卤代物反应可以制得高比表面积的碳材料。为了进一步研究CaC2的反应活性,探索高应用价值碳材料制备的新方法,本文研究了CaC2与17种化合物的球磨反应,并对产物进行了SEM、XRD、Raman、XPS、BET、TEM等表征。结果表明,在球磨条件下电石具有很高的反应活性,能够与各种阴离子以及一些氧化性较强的金属阳离子(甚至Mg2+)反应生成碳材料。所得碳材料的碳含量为55%-80%。其中,碳化钙与N、P、S等杂原子化合物反应得到的碳材料中含有少量的杂原子,形成了掺杂碳材料。所得碳材料以无序化结构为主,但也有一定的石墨化结构。碳材料均含有一定量的微孔和介孔,根据反应物的不同,碳材料的比表面积也有差异,其中C-16的比表面积最高,为591.3m2·g-1。
  通过循环伏安和恒电流充放电法研究了所得碳材料的电化学性能,计算了其比电容。结果表明,部分碳材料具有较好的电化学性能,其中C-16的比电容最高,为69.9F·g-1,而大部分碳材料的电化学性能较差,低于1F·g-1。分析了碳材料电化学性能与结构之间的关系,发现碳材料中石墨化程度提高有助于提高其电化学性能。
  考察了所得碳材料对模型油中二苯并噻吩的吸附性能。结果表明,部分碳材料具有较好的吸附脱硫性能,其中C-1的吸附性能最好,其吸附量可达19.1mg·g-1,而大部分碳材料的吸附性能较差。研究结果表明,碳材料的吸附脱硫性能与其比表面积有关,比表面积越高,吸附性能越好。
  通过探究电石与不同新物质的反应,本文进一步确认了球磨条件下电石的反应活性及其产物组成和结构的差异,为电石化学的深入研究打下了基础,为多孔碳材料以及掺杂碳材料的制备提供了新的思路。
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