文摘

煤焦油沥青(CTP)是一种很有前途的候选人为多孔碳的生产。传统上,多孔碳是由热处理碳前体的模板和活化剂。在本文中,EDTA-Na2Mg•4 h2O和CTP涨跌互现生产多孔碳没有模板和活化剂,原位生成的EDTA-Na的热处理2Mg•4 h2o . EDTA-Na混合物的热解和形态学的行为2Mg•4 h2O和煤焦油沥青(EDTA-Na2Mg•4 h2(电子邮件保护))热重量分析法和差示扫描量热法,研究了傅里叶变换红外光谱,x射线衍射,扫描电子显微镜。获得多孔碳的特点在N的特征2adsorption-desorption等温线。结果表明,EDTA-Na2Mg•4 h2O在热解和形态有很大的影响的CTP。CTP的热解行为添加EDTA-Na后变得复杂2Mg•4 h2O EDTA-Na的物理和化学变化2Mg•4 h2O在热处理。EDTA-Na2Mg•4 h2(电子邮件保护)在160°C和分解脱水Na2有限公司3和分别以600°C。EDTA-Na的表面形态2Mg•4 h2(电子邮件保护)变化与EDTA-Na2Mg•4 h2O含量和热处理温度。酸洗涤后EDTA-Na的产物2Mg•4 h2(电子邮件保护)热处理在700°C,获得的多孔碳材料包括微孔隙和中孔。它的比表面积是574.182g−1和平均孔隙宽度是4.53海里。

1。介绍

碳材料是很有前途的候选人为超级电容器由于其化学稳定性,低成本、优良导电性和多才多艺的现有形式(1]。多孔碳,其中最重要的碳材料,以其高的比电容[非常重要的2- - - - - -5]。采用各种方法合成多孔碳,如化学活化、物理活化、物理和化学的结合激活流程(6- - - - - -8),而新开发的template-synthesized介孔/微孔碳[9- - - - - -15]。

各种碳材料准备从不同原料和不同的方法。分级多孔碳的大表面积3188米2g−1和孔隙体积的3.2厘米3g−1溶胶-凝胶过程制备的莲子壳和肌醇六磷酸酯钠,紧随其后的是碳化和氢氧化钠活化(16]。Alginate-derived获得的多孔碳纳米氧化锌硬template-induced ZnCl2激活方法(17]。它有一个良好的分级多孔结构和它的比表面积是25892g−1。Nitrogen-doped分级多孔碳制备聚苯胺/二氧化硅self-aggregates,和它的比表面积是899米2g−1(18]。层级结构多孔碳通过简单hard-templating方法制备使用二氧化硅作为一个模板,这是彻底的被一个原位聚四氟乙烯热解过程无需进一步治疗。比表面积可以达到664米2g−1(19]。香蒲wool-derived多孔碳是捏造的利用碳酸钙作为硬模板和一水草酸钾的活化(20.]。高质量的内消旋/ micropore-controlled分级多孔碳是由硬模板合成方法利用稻壳生物炭,然后用来从水溶液中吸附铜离子。21]。

煤焦油沥青(CTP)是一种复合材料组成的芳香族化合物与广泛的分子量分布(22]。这是一个很有前途的候选人多孔碳的生产成本低,资源丰富,能够生成graphitizable碳(23]。本文使用CTP生产多孔碳作为碳材料前体EDTA-Na的存在2Mg•4 h2O,这分解有限公司2,Na2有限公司3。并分别在高温和产品可以用作催化剂和模板多孔碳材料。的热解和形态行为EDTA-Na的混合物2Mg•4 h2O和煤焦油沥青(EDTA-Na2Mg•4 h2(电子邮件保护))进行了研究,获得的多孔碳为特征。

2。实验

2.1。材料

CTP,软化点108°C,购买从武汉钢铁有限公司(武汉,中国)和甲苯不溶性和喹啉不溶性内容分别为43%和6.8%,分别。的EDTA-Na2Mg•4 h2O用于实验分析品位和南京适时提供的生物技术有限公司(南京,中国)。

2.2。准备的材料

对于一个典型的运行,CTP的颗粒大小低于100嗯,EDTA-Na2Mg•4 h2O作为原材料。他们的混合过程进行了在传统的球磨机的转速450转2 h。获得的混合物——命名为毫米一个- - - - - -b,在那里一个EDTA-Na的质量吗2Mg•4 h2O和bCTP的质量。

2.3。热处理、酸洗处理

热处理的MM-8-1管式炉中进行。约5克样品加热到指定温度的速度4oC敏−1并将其保持在这个温度1小时。N2流被引入管整个焦化炉。本文样本加热到500°C, 600°C, 700°C, 800°C和冷却到室温。由此产生的产品被指示为MM-8-1 -t,在那里t代表的热处理温度。

mm - 8 - 1 - 800然后用盐酸清洗解决方案(6摩尔L−1)和搅拌4 h。最后,过滤和清洗用蒸馏水和乙醇彻底消除残余离子和副产品,然后在烤箱干110°C。适用于多孔碳是提名为pc - 8 - 1 - 800。

2.4。测量

热重量分析法和差示扫描量热法分析(TG-DSC)进行热分析仪(模型Pyris钻石,优秀的,美国)在N2大气的升温速率最小10°C−1。傅里叶变换红外(ir)光谱获得的那些时光- 360红外光谱热nicolet范围4000 - 400厘米−1。X射线衍射(XRD)进行PANalytical X 'Pert PRO与CuK X射线衍射仪α(λ= 1.5406)辐射40 35 kV和马。样本的形态检查使用TESCAN织女星II扫描电子显微镜(SEM)。N2吸附/解吸等温线−196°C测定使用微粒学三星3020孔隙仪。比表面积(SSA)计算了Brunauer-Emmett-Teller(打赌)方法和孔隙大小分布分析了由Barrett-Joyner-Halenda (BJH)方法。

3所示。结果与讨论

3.1。TG-DSC分析

图1显示父CTP和MM-8-1 TG-DSC曲线。可以看出父母CTP TG-DSC曲线的分解在一个温度范围的质量损失阶段25 - 900°C。减肥主要是由于气体的去除和光线通过热聚合生成化合物,芳香环侧链的断裂(22]。父母的DSC CTP的特点是一个吸热峰,大约60°C,两个放热峰近530°C,和一个大放热峰在640°C。峰值约为60°C,这不是在减肥的陪同下,表明CTP从脆性转化为粘弹性的状态(24]。三个放热峰值约为530°C和640°C,这与减肥有关在热处理过程中,相应的热聚合反应发生在这些温度(24]。


图1
家长CTP和MM-8-1 TG-DSC曲线。

MM-8-1, TG-DSC曲线变得复杂。TG曲线变得陡峭的斜坡140 - 200°C的温度范围和相应的DSC曲线在这个阶段有一个吸热峰,对应的水晶水从EDTA-Na2Mg•4 h2o .此外,TG-DSC曲线变得复杂的温度范围200 - 450°C。有一个大放热峰在408°C,和热失重速率温度是最大的,这表明暴力和复杂的物理和化学反应发生在这个阶段。最后,450年的温度范围- 900°C, DSC曲线显示了两个吸热峰在500°C和858°C和两个放热峰在564°C和805°C,表明系统中物理或化学反应发生在这些温度。

3.2。傅立叶变换红外光谱分析

探索在热解MM-8-1的结构性变化,原材料和产品的MM-8-1热处理在500°C, 600°C, 700°C,和800°C是通过红外特征,如图2。傅立叶变换红外光谱的峰值的归因是列在表中1。从图2的傅立叶变换红外光谱,可以观察到MM-8-1是CTP的叠加和EDTA-Na2Mg•4 h2o . MM-8-1热解中,峰值约为3345厘米−1归因于伸缩振动地,消失时加热温度高于500°C。否则,峰值为750厘米−1,对应的平面外弯曲振动与四个相邻的氢芳环,变成小随着热处理温度的增加。峰值约为1600厘米−1消失后,加热温度高于500°C,而峰值强度为1420厘米−1增强与提高温度。进一步,几乎没有区别的傅立叶变换红外光谱mm - 8 - 1 - 500 mm - 8 - 1 - 600 mm - 8 1 - 700,和mm - 8 - 1 - 800。


图2
傅立叶变换红外光谱的原材料和可乐MM-8-1在不同温度热处理。
表1
傅立叶变换红外光谱峰的归属。
3.3。XRD分析

为了进一步确定的物理和化学变化MM-8-1热处理过程中,所有的样品通过XRD,如图3。可以看出有许多山峰MM-8-1的原材料,包括EDTA-Na XRD衍射峰2Mg•4 h2O和碳。随着温度的增加,EDTA-Na的分解反应2Mg•4 h2O发生。当温度高于600°C时,所有的样品只显示Na的山峰2有限公司3、分别和c。此外,随着温度的增加,衍射峰的强度进一步增加,表明相应产品的结晶度增加。结合TG-DSC的结果,可以得出结论,EDTA-Na2Mg•4 h2O有以下反应随着温度的增加。


图3
XRD的原材料和模式的可乐MM-8-1在不同温度热处理。
3.4。扫描电镜分析

摘要为了研究EDTA-Na的影响2Mg•4 h2O内容CTP的表面形态,MM-4-1, MM-6-1, MM-8-1, MM-10-1被加热到600°C和保持1小时。产品的扫描电镜图像如图4。从图可以看出,当EDTA-Na的比率2Mg•4 h2O CTP 4: 1,表面形态就像分层的花瓣(见图4(a))。随着比例的增加,纤维形成的系统(见图4(b))。当EDTA-Na的比率2Mg•4 h2O CTP是8:1、表面形态是一个相对普通的块,块的大小约2.5(见图4(c))。浓度继续增加时,块消失,形成一个相对密度不均匀表面(见图4(d))。可以得出结论,随着EDTA-Na的增加2Mg•4 h2O内容,Na2有限公司3和有限公司2在热解过程中系统的继续增加,和系统上的激活效应不断加强,导致形态学的变化。


图4
EDTA-Na效果2Mg•4 h2O内容形态的CTP (a) mm - 4 - 1 - 600;(b) mm - 6 - 1 - 600;(c) mm - 8 - 1 - 600;(d) mm - 10 - 1 - 600。

图5显示父CTP的表面形态和MM-8-1热处理在500°C, 600°C, 700°C, 800°C。可以观察到的表面父CTP大大增加的温度改变。当它被加热到500°C,表面变得相对整洁(见图5(a))。然而,表面变得混乱时加热到600°C和700°C(见图5(c)和5(d)),这可能是由于热聚合的反应发生在530°C左右。此外,一些表面的气孔存在父- 700(见图5(c))。当它被加热到800°C,表面是安排在一个相对有序的方式。


图5
热处理温度对家长CTP和MM-8-1的形态。(一)母公司ctp - 500;父ctp - 600 (b);父ctp - 700 (c);(d)父ctp - 800;- 8 - 1 - 500 (e)毫米;(f) mm - 8 - 1 - 600;(g) mm - 8 - 1 - 700;(h) mm - 8 - 1 - 800。

MM-8-1,表面形态不同于父母的CTP在同一热处理温度。当它被加热到500°C和600°C,一些冰糖块粒度约1 - 3μm(参见图生成5(e)和5(f))。当温度高于600°C时,由此产生的材料显得蓬松(见图5(g)和5(h))。可以推断,随着温度的增加,反应速度增加,导致系统中的活性物质增加,和形态学变化。

3.5。pc - 8 - 1 - 700的特点

图6显示了x射线衍射模式mm - 8 - 1 - 700酸洗涤前后。可以看出,洗后只存在C的衍射峰,表明Na2有限公司3和分别以彻底清洗。所涉及的化学反应方程如下所示:


图6
XRD的模式mm - 8 - 1 - 700和pc - 8 - 1 - 700。

N2吸附和解吸等温线的pc - 8 - 1 - 700和EDTA-Na2Mg•4 h2o - 700图所示7。可以看出,他们是典型的IV型等温线和有很强的N2吸附在低压力下(P /P0≤0.35),表明材料与氮有强大的力量。随着相对压力的增加,氮的吸附和解吸能力显然是不同的。吸附和解吸曲线不一致和滞后循环出现,这表明有很多微孔隙和中孔材料。与此同时,孔隙大小分布在图7(b)也证明了微孔隙和中孔材料的共存。所有的样品的孔隙结构参数表进行了总结2。比表面积(年代打赌)EDTA-Na2Mg•4 h2o - 700和pc - 8 - 1 - 700是436.95和574.18米2g−1,而总孔隙体积(Vt³g)是0.25和0.28厘米−1和微孔体积(V麦克风³g)是0.13和0.19厘米−1,分别。表面积和孔隙体积的增加可能是由于EDTA-Na之间的复杂的生理变化2Mg•4 h2O和煤沥青在高温和EDTA-Na的分解2Mg•4 h2O在高温下生成氧化镁,冲走了盐酸。

(一)
(一)
(b)
(b)
图7
N2adsorption-desorption等温线和BJH孔隙大小分布的pc - 8 - 1 - 700和EDTA-Na2Mg•4 h2o - 700。
表2
孔隙结构参数的pc - 8 - 1 - 700和EDTA-Na2Mg•4 h2o - 700。

4所示。结论

EDTA-Na2Mg•4 h2(电子邮件保护)分解,分别以Na2有限公司3、有限公司2在600°C和热减少分别以和C发生在约858°C。EDTA-Na的物理和化学变化2Mg•4 h2哦,它有一个很大的影响在热解和CTP的形态。酸洗涤后的碳材料热处理在700°C,获得的多孔碳材料包括微孔隙和中孔。它的比表面积是574.182g−1和平均孔隙直径是4.53海里。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了教育部的科技项目江西(GJJ170948)。