煤基炭材料研究进展

一、立项理由 粉末冶金是制造金属、合金或化合物粉末，经过成形与烧结制备金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺。 粉末冶金凸显的优势是具有其他工艺方法无法制造或难以制造的新材料，如制取高熔点、难熔点合金，采用粉末冶金工艺可以低温制取难溶合金新材料，可以制造具有多孔性能的新材料，制造含油自润滑轴承；利用这一特性制造高强度多孔材料，作为分离材料；制造金属化合物和超硬质合金材料，如硬质合金切削刀具、工具材料；金属粉末加入硬质点，可以制取硬质耐磨材料等。特别是以粉末冶金工艺的优势，在我国军事工业急需材料方面的应用：如研制尖端微孔材料为浓缩铀气相分离的关键材料，高浓缩铀为我国第一颗原子弹爆炸成功发挥了重要作用；高比重钨合金作为卫星与导弹上陀螺仪转子材料是第一代人造卫星、洲际导弹应用的关键材料；研制成功第一代航天工程火箭尾喷管喉衬粉末冶金特制发汗材料等。以上这些材料都是用粉末冶金工艺方法生产制造的。可以预料，谁掌握了新材料谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权。 在粉末冶金零件生产中，为了减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，粉末混合料中都添加有一定量的润滑剂，诸如硬脂酸锌等。要除去这些润滑剂始终是粉末冶金机械零件生产中一个难题。能否将润滑剂混入粉末中改为喷

涂于模壁上，是长期探索的一条途径。据文献报导，用铁粉(F－0000)和钢粉(FN0205，Fe－2.Ni－0.45 C-1.3Cu)进行的试验表明，在密度6.0g/e m3－7.3g/cm3的围，模壁润滑者比将润滑剂掺加于粉末者，生坯强度可增高128%～127%(对于F－0000)和66%－139%(对于FN0205)，而两者的烧结件强度相差很小，可认为在试验的误差围之。现在，美国Gasbarre Products己采用模壁润滑，其系统已在市场出售。烧结硬化是将铁基粉末冶金零件的烧结过程和借助于通过炉子冷却带时进行淬火硬化结合起来的一项新工艺。在美国MPIF1997年版“粉末冶金结构零件材料标准”中，己含有这类材料的技术标准。这类材料是由预合金化Ni-Mo钢粉混合以铜粉与石墨粉制成的。QMP的ATOMET4701粉就是为烧结硬化工艺而开发的。在烧结硬化过程中，可通过控制烧结炉冷却带的冷却速度来调整材料的显微组织，使之达到所要求的马氏体含量和力学性能。很明显，这类材料的开发，对于需要进行后续热处理的高强度粉末冶金结构零件的发展具有重要实际意义。在美国通用汽车公司的整体线圈与电子线路(ICE－4)点火装置中己得到了应用。在1997年SAE国际会议与博览会上，这个产品获得了汽车革新奖。这个产品是用温压试制的第一产品，1990年开始在葡萄牙试生产，1992年样品开始投放欧洲与南美市场，1998年这种产品将开始用于美国车辆中，现在这种SMC材料已发展到第三代，

碳基复合材料研究现状及发展趋势 摘要：碳基复合材料由于其优异的各项性能在航空航天工业、能源技术、信息技术等方面有着很好的应用前景，国内外对高性能复合材料的研究也日趋加深，本文主要从材料的性能来分析其应用及其在未来主要领域的发展趋势。 1 碳基复合材料的特点 碳纤维增强碳复合材料（碳基复合材料，C/C）是具有特殊性能的新型工程材料，是以碳或石墨纤维为增强体，碳或石墨为基体复合而成的材料。碳基复合材料几乎完全是由碳元素组成，故能承受极高的温度和极大的加热速度。该材料具有极高的烧蚀热、低的烧蚀率、抗热冲击，并在超热环境下有高强度，被认为是再入环境中高性能的抗烧蚀材料。它抗热冲击和抗烧诱导能力极强，且具有良好的化学惰性。碳基复合材料做导弹的鼻锥时，烧蚀率低且烧蚀均匀，从而可提高导弹的突防能力和命中率。碳基复合材料还具有优异的耐磨差性能和高的导热，使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。 碳基复合材料不仅具有其它复合材料的优点，同时又有很多独到之处。碳基复合材料的特点如下： （1）整个系统均由碳元素构成，由于碳原子彼此间具有极强的亲和力，使碳基复合材料无论在低温下还是在高温下，都有很好的稳定性。同时，碳素材料高熔点的本性，赋予了该材料优异的耐热性，可以经受住2000℃左右的高温，是目前在惰性气氛中高温力学性能最好的材料。更重要的是碳基复合材料随着温度的升高，其强度不降低，甚至比室温还高，这是其他材料无法比拟的。 （2）密度低（小于2.0g/cm3），仅为镍基高温合金的1/4，陶瓷材料的1/2。 （3）抗烧蚀性能良好，烧蚀均匀可以用于3000 ℃以上高温短时间烧蚀的环境中，可作为火箭发动机喷管、喉衬等材料。 （4）耐摩擦，耐磨损性能优异，其摩擦系数很小，性能稳定，是各种耐磨和摩擦部件的最佳候选材料。 （5）良好的生物相容性，具有与人体骨骼相当的密度和模量，在人体骨骼修复与替代材料方面具有较好的应用前景。 2 碳基复合材料的制备工艺 碳基复合材料制备过程包括：增强体碳纤维及其织物的选择、基体碳先驱体

1 C/C复合材料概述 炭/炭复合材料(C/C)是由炭纤维及其制品(炭毡或炭布)增强的炭纤维复合材料。C/C的组成元素只有一个，即碳元素，因而C/C具有许多炭和石墨材料的优点，如密度低(石墨的理论密度为2.2 g/cm3)和优异的热性能，即高的导热性、低热膨胀系数以及对热冲击不敏感等特性。作为新型结构材料，C/C还具有优异的力学性能，如高温下的高强度和模量，尤其是其随温度的升高，强度不但不降低，反而升高的特性以及高断裂韧性、低蠕变等性能。这些特性，使C/C复合材料成为目前唯一可用于高温达2800 ℃的高温复合材料。C/C复合材料自上世纪60年代问世以来，在航空航天、核能、军事以及许多民用工业领域受到极大关注，并得到迅速发展和广泛应用。 1.1 C/C复合材料的性能特点 (1) 物理性能 C/C复合材料在高温热处理后的化学成分，碳元素高于99%，像石墨一样，具有耐酸、碱和盐的化学稳定性。其比热容大，热导率随石墨化程度的提高而增大，线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等。 (2) 力学性能 C/C复合材料的力学性能主要取决于炭纤维的种类、取向、含量和制备工艺等。单向增强的C/C复合材料，沿炭纤维长度方向的力学性能比垂直方向高出几十倍。C/C复合材料的高强高模特性来自炭纤维，随着温度的升高，C/C复合材料的强度不仅不会降低，而且比室温下的强度还要高。一般的C/C复合材料的拉伸强度大于270 MPa，单向高强度C/C复合材料可达700 MPa以上。在1000 ℃以上，强度最低的C/C复合材料的比强度也较耐热合金和陶瓷材料的高。 C/C复合材料的断裂韧性与传统的炭材料相比，有极大的提高，其破坏方式是逐渐破坏，而不是突然破坏，因为基体炭的断裂应力和断裂应变低于炭纤维。经表面处理的炭纤维与基体炭之间的化学键与机械键结合强度强，拉伸应力引起基体中的裂纹扩展越过纤维/基体界面，使纤维断裂，形成脆性断裂。而未经表面处理的炭纤维与基体炭之间结合强度低，C/C复合材料受载一旦超过基体断裂应变，基体裂纹在界面会引起基体与纤维脱粘，裂纹尖端的能量消耗在炭纤维的

第34卷第2期煤 炭 学 报V o.l34 N o.2 2009年2月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY F eb. 2009 文章编号:0253-9993(2009)02-0252-05 煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能 张传祥1,2,张 睿1,成 果1,谢应波1,詹 亮1,乔文明1,凌立成1 (1 华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海 200237;2 河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作 454000) 摘 要:以太西无烟煤为原料、KOH为活化剂制备高比表面积的活性炭.采用N2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔径分布进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性.在碱炭比为4 1,800 条件下活化1h制备的活性炭比表面积达3059m2/g,总孔容为 1 66c m3/g,中孔率63%.该活性炭在3m ol/L KOH电解液中的比电容为322F/g,大电流密度 下充放电时的比电容保持率高,漏电流仅有0 06mA,是理想的超级电容器电极材料. 关键词:活性炭;超级电容器;比表面积;比电容 中图分类号:TQ536 9 文献标识码:A Preparation and electroche m ical properties of coal based activated carbons Z HANG Chuan x iang1,2,Z HANG Ru i1,C HENG Guo1,X I E Y i n g bo1, ZHAN L iang1,Q I A O W en m ing1,LI N G L i cheng1 (1 S t a t e K e y La boratory of Che m ic a lE ng ineeri ng,E ast China University of Sc i ence and Technol ogy,Shangha i 200237,Ch i na;2 School o f M ateri a l S cie nce and Engineeri ng,H e nan P olytec hn ic Un i versit y,Jiaozuo 454000,Ch i na) Abst ract:Anthracite fr o m Ta i x iCoa lM i n e w as activated by KOH to prepare h i g h perfor m ance activated carbons as electr odes for e lectric doub le layer capacitors(EDLCs).The effect of preparation para m eters on the properties o f acti v ated car bons w as i n vesti g ated and t h e ir EDLC properties w ere m easured i n3m ol/L KOH aqueous so lution. The surface area of t h e AC sa m ple prepared w ith KOH/coal ratio of4 1at800 for1h reaches3059m2/g,and its pore volum e is1 66c m3/g,i n w hich the m esoporosity is63%.The as prepared acti v ated carbons exh i b it lar ge capacitances(322F/g)and lo w leakage current(0 06mA). K ey w ords:activated car bon;super capac itor;spec ific surface area;specific capac itance 电化学电容器(EDLC)又称超级电容器(super capac itor),是介于充电电池和电容器之间的一种新型的储能器件,具有功率密度大、循环寿命长、可快速充放电,安全和无污染等特点,是一种高效、实用和环境友好的能量储存装置[1-2].在便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源、应急后备电源等许多领域都有广阔的应用前景及独特的应用优势[3-7].高比表面积活性炭因具有比表面积大、化学稳定性高以及导电性好等优点,一直是制造双电层电容器电极的首选材料.从容量、功率密度、阻抗等方面考虑,作为理想的电极材料,不仅要有高的比表面积,而且要有合理的孔径分布[4].煤作为高比表面积活性炭的前驱体具有以下优点[8-13]:首先,在煤中碳是主要元素,无烟煤的碳含量可达到90%;其次,煤 收稿日期:2008-02-24 责任编辑:柳玉柏 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50672025);国家自然科学基金重点项目(50730003);上海市 登山行动计划 基础研究重点项目(06J C14018) 作者简介:张传祥(1970 ),男,河南台前人,副教授,博士研究生 E-m ai:l zcx223@163 co m;联系人:张睿,男,山西静乐人,副教授.Te:l021-********,E-m ai:l z hangru i davi d@ecust edu c n

碳材料知识 前言： 碳，一种神奇的元素，它是地球上一切有机体生物的骨架元素，在人体元素成分中含量为18%，占人体比重的16.3%，位置第二大元素。氧占人体元素成分的65%，鲜重第一，若按干重计算，则碳元素占54%，排第一，是构成人体最重要的元素，所以说碳是生命之源。同样炭也是世界上唯一将对立与统一集于一体的材料，它既是最硬又是最软的材料，既是绝缘体又是导电体，既是隔热材料又是导热材料，既是全吸光材料又是全透光材料，它千变万化，独树一帜。神秘莫测的炭，成为科学家永不放弃研究的课题。 碳材料结构 碳材料原子都是C，但因工艺改变使原子排序发生变化，形成万别千差的分子结构，因此它既是零维结构材料又是多维结构材料，既是晶体结构又是非晶体结构。炭的神奇之处主要体现在可以借助不同的杂化方式（sp、sp2、sp3），形成不同的物理和化学性质的晶体结构，即“同素异形体”。比如石墨、金刚石都属于晶体结构，但石墨原子结构为六方排列，金刚石却为立方结构，因化学成键方式不同具有截然相反的特性。 C60是富勒烯的代表，属于零维结构炭材料，有很好的稳定性，抗辐射和化学腐蚀，耐压程度比金刚石还高。碳纳米管属于一维材料，石墨烯属于二维材料，石墨和金刚石属于三维材料。炭材料结构既具有金属材料的机械性能、导电性、传热性、高强度，又具有无机和有机材料的轻、柔、吸、滑、耐腐蚀、防辐射、解毒、食用等神奇功效。

一、碳材料的发展史 人类起源－－－－－－－－－－木炭为热能的来源 人类文明时代－－－－－－－－用炭作墨汁、染料、防腐、防病 铜器时代－－－－－－－－－－用炭还原铜 十八世纪初－－－－－－－－－用焦炭炼钢 1895年－－－－－－－－－－－用炭做电极、电刷 1945年－－－－－－－－－－－活性炭用于环保 1985年－－－－－－－－－－－生产等静压石墨 1986年－－－－－－－－－－－生产热解石墨、热解炭 1988年－－－－－－－－－－－研究炭纤维、柔性石墨 1990年－－－－－－－－－－－发现C60富勒烯 1991年－－－－－－－－－－－发现碳纳米管 2004年－－－－－－－－－－－发现石墨烯 二、碳材料的种类 3.1传统碳材料有：木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、石墨电刷、炭棒、铅笔等。 3.2新型炭材料料：等静压石墨、金钢石、炭纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、多孔炭、玻璃炭、储能用炭材料等。 3.3纳米炭材料有：富勒烯、炭纳米管、纳米金刚石、碳气凝胶、石墨烯。 三、碳材料的应用 4.1机械领域：轴承、密封元件、制动元件等； 4.2电子工业：半导体、光纤、电极、电波屏蔽、电子元件等； 4.3电器工业：电刷、电触点、集电体、真空发热体等；

?1、炭材料的多样性？(广义和狭义定义) 是主要以煤、石油或它们的加工产物等(主要为有机物质)作为主要原料经过一系列加工处理过程得到的一种非金属材料，其主要成分是碳。 广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不象石墨那样具有众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF、煤炭、炭黑、木炭等）。 狭义上看：炭材料一般是指类石墨材料，即以SP2杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。 ?2、炭材料的基本性质？ 和金属一样具有导电性、导热性； 和陶瓷一样耐热、耐腐蚀； 和有机高分子一样质量轻，分子结构多样； 另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。 最硬（金刚石）→软（石墨） 绝缘体（金刚石）→半导体（石墨）→良导体（热解石墨） 绝热体（石墨层间）→良导热体（金刚石、石墨层内） 全吸光（石墨）→全透光（金刚石、石墨烯） ?3、炭材料科学的主要研究内容？ 研究自然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。此外，炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。核心内容：自有机物前驱体出发，通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。 ?第一部分碳的结构与性能 ?1、碳的结晶形式有哪些，阐述其结构与性能的关系？ ★大量的中间过渡状态，很少的纯碳结晶形式。★结晶形式：金刚石、石墨、咔宾、富勒烯★非晶态：多种过渡形式炭，包括高变质程度煤、人造石墨、热解炭、玻璃炭、炭黑、CF等。 碳原子杂化态键型晶系密度晶格参数 金刚石SP3 4σ立方 3.51 A03.5667A 石墨SP2 3σ1π六方 菱面 2.265 2.29 A2.4612c6.7080 A2.4612c10.062 咔宾SP 2σ2π六方(α) 六方(β) 2.68 3.13 A8.72c15.36 A8.27c7.68 富勒烯C60 变形SP2 3σ1π立方 1.678 A10.02c1636 金刚石： 1）硬而脆；2）碳中密度最大（3.52g/cm3）；3) 1800℃以上转换为石墨；4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氢、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。

新型碳材料的发展及简介 摘要:碳是世界上含量十分丰富的一种元素。碳材料在人类发展史上起着主导的作用，其应用最为出众的一次是在第二次工业革命。现代科技的发展使得人类又获得了几种新型的碳材料--碳纳米管、碳纤维、C60、碳素系功能材料等。 关键词：碳材料碳纳米管碳纤维 一、前言 碳是世界上含量及广的一种元素。它具有多样的电子轨道特性（SP、SP2、SP3杂化），再加之SP2的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性，因此以碳元素为唯一构成元素的的碳材料，具有各式各样的性质。在历史的发展中传统的碳材料包括：木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭材料：金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、储能型碳材料、玻璃碳等。其中新型纳米碳材料有：富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等。 没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成如此多类结构和性质不同的物质，可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质，如最硬--最软、绝缘体--半导体--超导体、绝热-良导热、吸光--全透光等。随着时代的变迁和科学的进步，人们不断地发现和利用碳，可以这么说人们对碳元素的开发具有无限的可能性。 自1989年著名的科学杂志《Science》设置每年的“明星分子”以来，碳 ”相继于1990年和1991年连续两年获此的两种同素异构体“金刚石”和“C 60 殊荣，1996年诺贝尔化学奖又授予发现C 的三位科学家，这些事充分反映了 60 碳元素科学的飞速发展。但是由于碳元素和碳材料具有形式和性质的多样性，从而决定了碳元素和碳材料人有许多不为人们知晓的未开发部分。 二、国内外新型碳材料的发展趋势

清洁能源与新材料产业推进方案 为加快推进全市清洁能源与新材料产业发展，根据《X市X年加快重点产业发展推进机制》要求，制定本方案。 一、产业发展现状 我市清洁能源与新材料产业既包括煤炭、电力、水泥等传统产业，也包括太阳能、风能、生物质能等新能源产业，还包括煤基新材料、新型建材等产业。近年来，市委市政府高度重视，已建设形成了X区、X精细化工园区，建成运行现代煤化工装置7套、清洁能源装置2套、精细化工装置4套。X年实现主营业务收入919.8亿元，占全市规模以上工业主营业务收入的比重为47.4%；规模以上工业完成增加值218亿元，增长9.6%，占全市规模以上工业增加值的比重为30.6%。基本形成了煤—电—建材、煤—精细化工—化工材料、煤—油—煤油融合3条循环经济产业链。 目前，受全国煤炭产能过剩、煤炭价格持续下滑和省外低价煤冲击等因素影响，我市煤炭行业生产经营持续困难，亏损严重。X年，全市完成煤炭产量571万吨，同比下降4.8%；实现营业收入396亿元，累计亏损19.8亿元，同比增亏6.11亿元。煤化工行业遭受全球市场疲软冲击，主要煤化工产品产能过剩，价格大幅下跌，同时面临资金、技术、环境等多方压力。 二、总体思路

坚持创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，以市场需求为导向，以转型升级、提升发展为目标，以发展煤油融合、煤化一体为主攻方向，拉长煤基新能源新材料等循环经济产业链条，积极发展风电、光电产业，努力建设清洁能源和新材料基地。 三、工作目标 X年，全市清洁能源与新材料产业实现主营业务收入950亿元，增长3.3%；实现规模以上工业增加值230亿元，增长5.5%。 四、重点工作 （一）产业提升发展工程。持续强化产业支撑，坚持煤油融合、煤化一体发展，拉长煤基新能源新材料等循环经济产业链条，加快培育链条健全、高端高效的现代产业集群。 1．推动产业集群发展。持续发挥X能源、X三聚环保、X化纤等现有龙头企业的带动作用，向高端化、精细化、差异化发展，着力推动产业链向前端的研发和后端的销售、服务延伸，价值链向提高核心竞争力和附加值方向转变，积极打造在国内具有一定影响力的清洁能源与新材料产业集群。（责任单位：市发改委） 2．发挥基金杠杆撬动作用。抓住国家、省出台支持项目建设优惠政策有利时机，分级申报各项建设资金。按照国家政策，结合现有招商成果，谋划包装一批投资大且对产业具有战略支撑作用的龙头项目，积极争取国家债券资金，充分利用国开行、农发行债券基金撬动作用，促使整装大项目落地；利用省级先进制造业发展专项资金等财政专项资金作为引导基金，适时设立产业发展投资基金，发挥其投资

华东理工大学化工学院2014(春) 本科生双语选修课《新型碳材料科学》课程考核学号 10110200 姓名 XXX 任课老师乔文明等成绩 论文题目：

摘要 石墨烯是碳的又一同素异形体，具有独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学等性能，成为富勒烯和碳纳米管之后的又一研究热点。全面综述了近几年来石墨烯的制备方法，详细讨论了微机械剥离法、化学剥离法、化学合成法、外延生长法、电孤法、化学气相沉积法的优缺点，并针对制备方法存在的产量低、结构不稳定、高污染等问题，提出了一些大规模可控制备高质量石墨烯的建议。还结合石墨烯的结构和特性，概括了石墨烯在复合材料、微电子、光学、能源、生物医学等领域的应用进展，并展望了其主要研究方向和发展趋势。 关键词石墨烯制备方法应用 Abstract As an allotrope of carbon，graphene has become a research hotspot due to its unique two-dimensional structure and excellent mechanical，electrical，optical and thermal properties．Synthesis of graphene via different ap—proacbes，such as micro mechanical stripping，chemical stripping，chemical synthesis，epitaxial growth，arc dis—charge，and chemical vapor deposition，are discussed in detail，and strategies for producing homogeneous graphene with improved yield and structural stability while limiting its pollution are proposed．Also application progress of gre—phene in polymer composites，micro electronics，optics，energy and biomedicine are summarized，and the main re—search direction and development trend are imagined． Key words graphene，preparation methods，application

1、炭材料的多样性？（广义和狭义定义） 广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不像石墨那样具有众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF煤炭、炭黑、木炭等）。 狭义上看：炭材料一般是指类石墨材料，即以 SP 杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。 补充：新型炭材料： 根据使用的目的，通过原料和工艺的改变，控制所得材料的功能，开发出新 用途的炭及其复合材料。大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类。 一是强度在100MPS以上，模量在10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；二是以炭为主要构成要素，与树脂、陶瓷、金属等组成的各种复合材料；三是基本上利用炭结构的特征，由炭或炭化物形成的各种功能材料。 2、炭材料的基本性质？ 和金属一样具有导电性、导热性；和陶瓷一样耐热、耐腐蚀；和有机高分子一样质量轻，分子结构多样； 另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。 3、炭材料科学的主要研究内容？ 研究自然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。此外，炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。 核心内容：自有机物前驱体出发，通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。

煤基化工原料--芳烃主要产能及下游产品发展 3.2.1对二甲苯急需加快发展 对二甲苯已成为化工原料的供应短板，急需加快发展。对二甲苯是最主要的芳烃产品，消费量超过芳烃总量的一半。但其国内自给率仅为47%，明显低于烯烃的国内自给率，已形成化工原料的供应短板，急需加快发展。 我国在“十二五”期间规划了一批联合芳烃项目，但因为社会在环保方面对PX项目有误解，使多个联合芳烃项目推迟建设，而同期日本、韩国等国建设了多套联合芳烃装置，产品主要出口到中国。这种不正常的现象引起了国家领导人的高度重视，国家制定了七大石化基地的发展规划，联合芳烃项目的建设有望加快。 表12013年国内主要联合芳烃装置（万吨/年） 序号企业名称PX产能序号企业名称PX产能 一中国石化小计466 二中国石化小计181.5 1 中国石化上海石油化有限公司83.5 1 中国石油乌鲁木齐石化105.5 2 扬子石油化工有限公司80 2 中国石油辽阳石化分公司76 3 福建炼化一体化项目70 三其它小计374 4 金陵石化60 1 大连福佳大化140 5 海南石化60 2 中海油惠州84 6 中国石化镇海炼油化工有限公司52 3 福建腾龙芳轻80 7 中国石化集团天津石油化工公司33.4 4 青岛丽东化工70 8 中国石化洛阳石油化工总厂21.5 国内合计1022.3 9 中国石化齐鲁石化公司 6.4 邻二甲苯主要与对二甲苯联产，供应情况类似，下游市场与工业萘存在竞争。甲苯可通过歧化生产对二甲苯，对二甲苯是甲苯下游的第二大市场，两者的供求关系具有很强的相关性。 3.2.2苯的当量自给率需提高 苯的表观自给率高，但当量自给率低，也应加快发展。苯的供应来源比较多元化，供应情况好于对二甲苯，表观自给率达91%。但苯下游产品苯乙烯、苯酚、己内酰胺等大量进口，苯的当量进口依存度超过三分之一，整体市场处于严重供不应求的状态，应加快发展。 从苯的五种供应途径看（联合芳烃、炼油厂芳烃抽提、乙烯厂芳烃抽提、焦化苯加氢、煤制芳烃），焦化苯受到钢铁和焦炭行业不景气的影响，乙烯厂芳烃抽提苯受到石脑油制乙烯竞争力较弱和新疆项目进度较慢的影响，应重点加快联合芳烃和煤制芳烃项目建设。 表2国内主要焦化苯加氢装置（10万吨/年及以上规格） 序号企业名称产能序号企业名称产能

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910250021.1 (22)申请日 2019.03.29 (71)申请人 陕西科技大学 地址 710021 陕西省西安市未央区大学园1 号 (72)发明人 王成兵　李泽宇　李政通　王伟　 苏进步　凌三　王九龙　 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 徐文权 (51)Int.Cl. C01B 32/05(2017.01) F24S 70/10(2018.01) C02F 1/14(2006.01) C02F 103/08(2006.01) (54)发明名称 一种碳基材料及其制备方法 (57)摘要 本发明提供的一种碳基材料及其制备方法， 包括以下步骤：步骤1，按照1：(1～1.5)的质量百 分计将淀粉和水进行混合，得到初步材料；步骤 2，将得到的初步材料进行(-50～-70)℃下冷冻 干燥20～50h；步骤3，将步骤2得到的进行高温碳 化制成碳泡沫基体；步骤4，将步骤3制备所得的 碳泡沫基体放入多巴胺溶液进行浸泡24～48h， 之后室温干燥，即得到多巴胺沉积碳泡沫基体； 将淀粉和水进行混合制备碳基材料，是通过面粉 样品碳化后，形成的天然多孔结构，该结构对于 界面化光热转换具备特殊意义。权利要求书1页 说明书6页 附图4页CN 110015649 A 2019.07.16 C N 110015649 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110015649 A 1.一种碳基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，将淀粉和水进行混合，得到初步材料，其中，淀粉和水的质量比为1：(1～1.5)； 步骤2，将步骤1得到的初步材料进行冷冻干燥，得到预制件； 步骤3，将步骤2得到的预制件进行高温碳化制成碳泡沫基体； 步骤4，将步骤3制备所得的碳泡沫基体放入多巴胺溶液进行浸泡24～48h，之后室温干燥，即得到多巴胺沉积碳泡沫基体。 2.根据权利要求1所述的一种碳基材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，向淀粉和水中加入酵母，其中，淀粉、酵母和水的质量比为1：1：(2～2.5)。 3.根据权利要求1所述的一种碳基材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，高温碳化具体包括三种方式，三种方式分别是： 第一种，在氩气中碳化，温度为500～1000℃，时间为1～2h； 第二种，在空气中碳化，温度为300～800℃，时间为1～2h； 第三种，在真空中碳化，温度为500～1000℃，时间为1～2h。 4.一种碳基材料，其特征在于，基于权利要求1-3中任一项所述的一种碳基材料的制备方法制备所得。 5.根据权利要求4所述的一种碳基材料，其特征在于，所述碳基材料为三维交联网状等级孔结构，该碳基材料的比表面积为500～2300m2/g，介孔含量为30～70％，介孔孔径大小为1.7～60nm，碳基吸附材料与水的接触角大于120°。 6.一种双微型海水淡化装置，其特征在于，包括外壳本体(1)、蒸发器皿(2)、导管(3)和碳基块，蒸发器皿(2)放置在外壳本体(1)的内腔中，蒸发器皿(2)通过导管(3)固定在外壳本体(1)上，导管(3)的自由端穿过外壳本体(1)将蒸发器皿(2)与海水连通；碳基块放置在蒸发器皿(2)的内腔中；所述碳基块由权利要求1-3中任一项所述的一种碳基材料的制备方法制备所得。 7.根据权利要求6所述的一种双微型海水淡化装置，其特征在于，外壳本体(1)的外侧沿其圆周方向均布有三个连接件(5)，每个连接件(5)上设置有一个漂浮球(4)。 8.根据权利要求6所述的一种双微型海水淡化装置，其特征在于，外壳本体(1)的上端设置有盖体(6)，所述盖体(6)和外壳本体(1)之间设置为分离式结构。 9.根据权利要求8所述的一种双微型海水淡化装置，其特征在于，盖体(6)铺设由疏水膜。 10.根据权利要求6所述的一种双微型海水淡化装置，其特征在于，外壳本体(1)和盖体(6)之间、导管(3)和外壳本体(1)之间均通过丁基防水胶带封闭连接。 2

第26卷第3期武汉科技大学学报(自然科学版) Vol.26,No.3 2003年9月J.of Wuhan Uni.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition ) Sep 2003 收稿日期:2003-04-10 作者简介:王大春(1976— ),男,武汉科技大学化工与资源环境学院,硕士生1高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展 王大春1,童仕唐1,张海禄1,胡新亮2 (1.武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北武汉,430081;2.济南钢铁集团公司技术中心,山东济南,250000) 摘要:就制备高性能活性炭的炭化料作了综合论述,介绍了原料的选取、炭化路径及其速度的控制、煤的氧化改性和化学药剂的添加等因素对炭化物结构的影响。关键词:活性炭;炭化;炭素前驱体;非石墨化炭 中图分类号:TQ424.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3090(2003)03-0251-03 1　问题的提出 当今,随着活性炭需要量的增加和用途的扩大,生产活性炭的主要原料已经由木材、果壳等转向煤炭。用煤炭生产活性炭与其他含碳物质一样,都是在几百度温度下炭化,然后再活化而制得的。原材料的炭化是经过热分解放出挥发分,氢与氧绝大部分呈气体的形态脱离,碳则以石墨微晶的形式残存,这些微晶之间相互的配向不规则,各个微晶之间存在着间隙,从而形成初始孔隙,为活化创造条件。原料的炭化温度一般在(500～800)℃的范围内,在这个温度下形成的炭并不是完全的炭,而是被称为炭素前驱体的物质。“炭素前驱体”的结构基本上决定了再处理(再经更高温度处理)炭的结构。炭素前驱体是一种“无定型炭”,它是“由数层的炭网平面组成的微晶群和其他未组成层的单个网状平面以及无规则炭三部分组成”。这三部分含量的多少以及由此决定的网平面重叠程度的大小,可以将无定型炭分为“易石墨化炭”和“难石墨化炭”。同时这三部分含量的多寡最终决定了吸附性能的好坏,要使其具有高吸附性能,则需要构成多孔性。为了满足这个条件,从理论上说,活性炭微晶结构必然是非平面化的组成成分的无规则排列的结果。活性炭的微晶结构是典型的无定型结构,并且石墨化度越低,层间距d 002值越大,比表面积就越大,吸附性能越高。邱介山[1]用X 射线技术研究了碳分子筛的微晶结构,发现碳分子筛的微晶结构是典型的无定型碳结构;解强等[2]发现,活性炭微晶的层间距d 002越大,微晶尺寸L c 和L a 越小,活性炭的吸附性能越好;牟应蓉[3]在X 射线衍射分析的基础上,又计算了活性炭微晶结构的石墨化度g ,发 现微晶结构的不规则程度越大,即层间距越大,活 性炭的吸附性能越大;反之,吸附性能越小。由此可见,要制备高质量的活性炭,炭化料的制备是关键。本文就高质量煤基活性炭炭化料制备的几个问题进行探讨。 2　制备高性能活性炭炭化料 2.1　原料的选择 在活性炭的生产中一般选用煤化度较浅的无粘结性煤,如褐煤、不粘煤、弱粘煤为原料。因为煤的组成中含有纤维素炭、丝炭较多,加热时比较容易形成微晶的杂乱排列和较多的孔隙结构,在生产过程中不需特别加工。如果用粘结性煤,如气煤、肥煤、焦煤、瘦煤制造活性炭,则要对原料进行变性处理。这种煤是所有煤中最缺乏孔隙结构、内表面积最小和反应性最低的一种煤。老年无烟煤煤化度最深,其基本微晶中石墨层状排列比较规则,这对制造活性炭是不利的,所以选用年轻的无烟煤,它既具有含碳量高、挥发分适中的优点,又具有加热不产生煤焦油、物料不粘结、不膨胀、不易形成微晶规则排列的石墨化结构等好处,比较容易制造出优质的活性炭。另外,灰分也是选择活性炭原料方面的一个重要指标,原料中的无机成分在炭化过程中几乎不减少而残存于炭化料中,当原料中的灰分为1%时,若炭化得率为20%,则炭化料中的灰分将为5%;如用该炭化料生产活性炭,假设活性炭的得率为50%,则活性炭的灰分含量将达到10%。由于灰分几乎没有吸附能力,它与灰分为零的场合比较,单位质量活性炭的吸附能力就降低10%左右,因此要求原料中的灰分尽可能少。对灰分较高的煤样,可以在炭化前用HCl 2HF 脱灰。

煤基新材料简介 煤作为一种复杂有机碳烃大分子物质，具有从石油或人工合成难以得到的特殊芳香结构。目前新的高性能聚合材料大都具有复杂芳香结构单元，这无疑为煤基聚合物材料的开发带来新的机遇。在深入了解煤结构及其性质基础上，充分认识和利用煤的特殊性必然为煤的利用开辟独具特色的新途径。80年代以来在高分子材料科学领域一个最引人瞩目的发展方向就是煤基碳素材料（碳纤维、针状焦、炭黑）。煤基碳素材料不仅具有单一聚合物无法比拟的优良性能，而且制备工艺简单，开发周期短，生产费用低，有极高的性能/性价比，市场前景广阔，因此聚煤基碳素材料在国内外的发展极为广泛、迅速。 近年来随着煤焦油深加工行业的兴起，我们以煤化学与高分子科学的交叉领域作为加工利用的新生长点，在煤基聚合物材料方面进行了研究，在石油能源日益紧张的形势下，日本、德国等发达国家也在积极地寻求石油替代能源，其中煤基材料是一个热门研究方向。目前主要的研究项目有：碳纤维、针状焦、炭黑。 1.碳纤维是一种含碳量高于90％的无机高分子纤维，可通过对煤炭的深加工获得。作为一种力学性能优异的复合材料，它是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料，被广泛应用于航天、航空等尖端领域，在工程等方面具有广阔的应用前景，市场需求旺盛。11月16日，河南煤业化工集团永煤千吨级碳纤维项目成功产出合格MH300高性能碳纤维产品。这也标志着国内最大的高性能碳纤维生产基地的建成。该项目由河南煤化集团与中科院山西煤化所合作建设，建成投产后的永煤碳纤维公司将是河南省唯一一家生产碳纤维制品的企业。该项目一期工程投资7.4亿元，年生产MH300高性能碳纤维500吨。与此同时，由日本华联株式会社社长久间章生、中国华正公司董事长孙含率领的中日合资煤炭深加工碳纤维项目考察团来到山西省阳泉市，就在阳泉市投资开发这一项目的相关事宜进行考察调研。2011年2月中旬，山西宏特煤化工有限公司投资10亿元的5000吨煤系沥青基碳纤维项目在交城经济开发区开工建设。预计将于今年7月建成投产，该项目占地500亩，投产后可实现年产值15亿元，这将终结我国煤系沥青基碳纤维长期依靠进口的历史，打破了国外企业对该产品的垄断。科研团队在北京化工大学炭纤维开发研究所名誉所长、博士生导师沈曾民教授，国家炭纤维工程技术研究中心首席科学家叶裕章教授的带领下，倾尽全力，使得该项目仅用一年的时间就在实验室试验获得成功。 2.针状焦，是制造高功率和超高功率电极的优质材料，用针状焦制成的石墨电极具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化性能好、电极消耗低及允许的电流密度大等优点。目前生产的针状焦根据使用的原料可分为石油系和煤系两类。石油系以美国为代表，煤系则以日本为代表。日本的三菱化成和新日化公司的生产装置于20世纪70年代末和80年代初投产。美国大湖炭素公司却在1950年首先开发成功。1964年美国联合碳化物公司成功地以针状焦为原料制造出超高功率电极。据最新统计，国内高功率和超高功率电极的需求量为6～10万t/a，相应的针状焦需要量为6～12万t/a。目前，因进口的针状焦数量有限，锦州石化公司的产量也只有3万t/a。因此国内超高功率电极的产量只好由针状焦的数量来决定。针状焦的生产工艺主要有：真空蒸馏法、溶剂萃取法、M-L法、闪蒸-缩聚法。目前，宝山钢铁股份公司化工分公司正在进行中试，且针状焦质量已达到与日本新日化和三菱的相当。鞍山热能研究院也在进行中试并取得了较大进展。山西朔州三元碳素股份有限公司的小试报告也已通过了山西省科技厅的鉴定。山西宏特煤化工有限公司已投入工业化试生产，虽然CTE 未完全达标，但已有近3000吨的产品供兰州炭素厂及南通炭素厂作为生产400的高功率电

1.碳： ●物理性质：碳（carbon）是一种非金属元素，化学符号：C 元素原子量：12.011 质子数：6 原 子序数：6 周期：2 族：IVA电子构型：1s22s22p2电子在每能级的排布：2，4熔点：约为3550 ℃（金刚石）沸点：约为4827 ℃（升华）颜色和外表：黑色（石墨），无色（金刚石） ●同位素：自然产生的碳由三种同位素组成：12C和13C为稳定同位素（碳-12占地球上碳的98.93%， 而碳-13则占剩余的1.07%，13C、14C常用作示踪剂，生物体中12C同位素的比率更高，因为生物化学反应会选择性地消除13C，而核磁共振所探测的是13C），而14C则具放射性，其半衰期约为5,730年，是少数几个自远古就被发现的元素之一，是构成碳基生物的最基本元素，可测量年龄在4万年以下的含碳物质（年代测定、生物遗体遗骸）。碳有15种已知同位素，其中存活时间最短的是8C，它会进行质子发射和α衰变，半衰期为1.98739x10?21秒。 ●成键：碳原子一般是四价的，这就需要4个单电子，但是其基态只有2个单电子，所以成键时 总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化，4个价电子被充分利用，平均分布在4个轨道里，属于等性杂化。这种结构完全对称，成键以后是稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于此类。 ●同素异形体：○1金刚石：是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，可作为工艺品和 工业中的切割工具；○2石墨：一种最软的矿物，可用于制造铅笔芯和润滑剂；○3石墨烯（单原子层石墨）是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，很可能会成为硅的替代品，也非常适合作为透明电子产品的原料； ○4富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球或足球烯）：富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。富勒烯类化合物在 抗HIV、酶活性抑制、切割DNA、光动力学治疗等方面有 独特的功效；○5无定形碳（Amorphous，内部结构是石墨）： 一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭 含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。用途极为 广泛，日常生活和工农业生产中常用到无定形碳；○6碳纳米管（carbon nanotubes，巴基管）：一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。 ●单质：最常见的两种单质是高硬度的钻石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金 刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。