1、不同(b tn)修飾方法對(duì)碳燃料物理化學(xué)性質(zhì)影響的研究【摘要(zhiyo)】本論文(lnwn)主要綜述了我國清潔能源的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，由于礦物資源日漸枯竭與石油資源的戰(zhàn)略意義，各個(gè)國家開始重視開發(fā)清潔能源，在眾多的清潔能源中，我們提出燃料電池中最前沿的直接燃料電池的研究進(jìn)展，并簡單的說明了直接性燃料電池的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。本文重點(diǎn)是針對(duì)直接碳燃料電池陽極碳材料的研究即對(duì)碳材料進(jìn)行修飾并觀察其表現(xiàn)性能。研究所用的碳包括對(duì)自然界中的生物質(zhì)（實(shí)驗(yàn)收集了四種生物質(zhì)：松針，松果，柳枝，梧桐果）進(jìn)行高溫?zé)峤獾玫降纳锾浚瑫r(shí)也選取了煤礦中的煤樣（蒙東褐煤，和順煤和寧武煤），對(duì)這七種碳材料分別進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)

2、分析（電子掃描電鏡），熱重下失重情況觀察，用不同濃度的酸堿對(duì)碳材料進(jìn)行處理，然后再運(yùn)用掃描電鏡觀察其結(jié)構(gòu)，以及酸堿處理后的熱重失重情況，通過前后對(duì)比實(shí)驗(yàn)總結(jié)出哪種修飾情況下陽極碳材料的性能能夠達(dá)到最佳，為直接碳燃料電池的性能研究提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支持?！娟P(guān)鍵詞】：清潔能源；直接碳燃料電池；電池陽極碳；陽極碳修飾；性能對(duì)比Research on Modifying the Surface of Carbon Fuels to Findthe Effects of Physcio-Hemical PropertyAbstract:this article overviews the current s

3、tation and developing tendency of clean energy in our country.Concerning about some difficulties in developing clean energy , then we introduce an advanced fuel cell which people called it direct carbon fuel cell ( DCFC ) and refer to the structure and working theory of DCFC.My article manly did som

4、e researches on the material ( carbon ) of anode of fuel cell.All that material include some biomass in nature (pine needles ,pine cones ,phenix tree seeds ,willow twigs) and then we put them in high temperature fumace to make them pyrolyze respectively.We also chose some carbon samples to observe t

5、hese materials micro structure by Scanning Electron Microscope and did TGA to find rate of weight loss ,respectively.After that we took some of carbon sample do acid and alkali treatment.After these treatment ,we took them do TGA and scanned by Electron Microscope .We tried to do comparison on these

6、 carbon fuels to find out which of these ways of dealing can make the performance of carbon fuels be better ,then we can provide some data for DCFCs development. Key words：clean energy;direct carbon fuel cells;anode of carbon fuel; modifying the anode of carbon fuel ;comparison of performance 目錄(ml)

7、TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc27670 第一章 緒論(xln) PAGEREF _Toc27670 1 HYPERLINK l _Toc10014 1.1 研究(ynji)背景 PAGEREF _Toc10014 1 HYPERLINK l _Toc31757 1.1.1 能源危機(jī)、清潔能源備受關(guān)注 PAGEREF _Toc31757 1 HYPERLINK l _Toc855 1.2 碳燃料電池介紹 PAGEREF _Toc855 2 HYPERLINK l _Toc21156 1.2.1 結(jié)構(gòu)(jigu)組成及工作原理 PAGEREF _Toc21156 2

8、 HYPERLINK l _Toc3822 1.2.2 直接碳燃料電池(rn lio din ch)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc3822 3 HYPERLINK l _Toc3695 1.2.3 陽極碳材料(cilio)的修飾與結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc3695 4 HYPERLINK l _Toc6654 第二章 碳樣品的制備與分析實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc6654 8 HYPERLINK l _Toc12851 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品 PAGEREF _Toc12851 8 HYPERLINK l _Toc1130 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備 PAGEREF _Toc1130 8 H

9、YPERLINK l _Toc11159 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc11159 9 HYPERLINK l _Toc23429 2.3.1 生物質(zhì)的選擇 PAGEREF _Toc23429 9 HYPERLINK l _Toc7816 2.3.2 爐架及管式熱解爐的制作 PAGEREF _Toc7816 9 HYPERLINK l _Toc21389 2.3.3. 生物炭的制備與煤樣的熱解 PAGEREF _Toc21389 10 HYPERLINK l _Toc5888 2.3.4. 酸堿處理前的碳樣品的熱重處理與電子掃描電鏡分析 PAGEREF _Toc5888 10 HY

10、PERLINK l _Toc20242 2.3.5 酸堿溶液的配制與標(biāo)定 PAGEREF _Toc20242 11 HYPERLINK l _Toc25037 2.3.6 生物炭與煤樣的酸堿處理 PAGEREF _Toc25037 12 HYPERLINK l _Toc29244 2.3.7 酸堿處理后的碳樣品的電子掃描電鏡分析與熱重處理 PAGEREF _Toc29244 12 HYPERLINK l _Toc15036 第三章 碳樣品制備表征實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 PAGEREF _Toc15036 14 HYPERLINK l _Toc14533 3.1 碳樣品熱重分析 PAGEREF _T

11、oc14533 14 HYPERLINK l _Toc10554 3.1.1 柳枝炭 PAGEREF _Toc10554 14 HYPERLINK l _Toc1180 3.1.2 松果炭 PAGEREF _Toc1180 19 HYPERLINK l _Toc26346 3.1.3 梧桐果炭 PAGEREF _Toc26346 23 HYPERLINK l _Toc12949 3.1.4 松針炭 PAGEREF _Toc12949 28 HYPERLINK l _Toc18432 3.1.5 蒙東褐煤 PAGEREF _Toc18432 31 HYPERLINK l _Toc28138 3.

12、1.6 和順煤 PAGEREF _Toc28138 35 HYPERLINK l _Toc7010 3.1.7 寧武二號(hào)煤 PAGEREF _Toc7010 38 HYPERLINK l _Toc72 3.2 碳樣品電子掃描電鏡圖分析 PAGEREF _Toc72 41 HYPERLINK l _Toc26843 3.2.1 柳枝炭 PAGEREF _Toc26843 41 HYPERLINK l _Toc3006 3.2.2 松果炭分析 PAGEREF _Toc3006 42 HYPERLINK l _Toc26091 3.2.3 梧桐果炭分析 PAGEREF _Toc26091 43 HY

13、PERLINK l _Toc17624 3.2.4蒙東褐煤炭分析 PAGEREF _Toc17624 44 HYPERLINK l _Toc32235 3.3 誤差分析 PAGEREF _Toc32235 45 HYPERLINK l _Toc13969 第四章 結(jié)論(jiln) PAGEREF _Toc13969 46 HYPERLINK l _Toc28846 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc28846 47 HYPERLINK l _Toc11133 致謝(zh xi) PAGEREF _Toc11133 48第一章 緒論(xln)1.1 研究(ynji)背景1.1.1 能源危機(jī)、清潔

14、(qngji)能源備受關(guān)注目前世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化程度，受益于礦物能源的大范圍使用，例如原油，煤炭，天然氣和核裂變核聚變等能源。因此，目前我們所說的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)是以在消耗礦物能源基礎(chǔ)上的一種經(jīng)濟(jì)模式，這給人類社會(huì)早期的工業(yè)化生產(chǎn)帶來了巨大的好處，人類文明飛速發(fā)展。然而隨著時(shí)間的前進(jìn)，到了21世紀(jì)上半葉，這一經(jīng)濟(jì)模式的基礎(chǔ)載體由于人類的大量消耗，開始迅速地接近枯竭。據(jù)第14屆世界能源會(huì)議的資料報(bào)告，目前世界煤炭總資源量可探明儲(chǔ)存量約為14.3萬億噸，這一數(shù)量占了其他各種能源的近90%。雖然看似儲(chǔ)量巨大的煤炭資源很客觀，但是按照目前人類的實(shí)際消耗水平，按規(guī)模開采僅僅可以連續(xù)開采300年左右的時(shí)間。也就是

15、說，如果沒有后續(xù)的煤炭資源或其他資源的的開探，300年以后我們的世界將回歸原始。比起數(shù)量巨大的煤炭資源， HYPERLINK /view/3378245.htm t /_blank 原油資源和水資源在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中中也占有著相當(dāng)重要的地位，這些都是人類 HYPERLINK /view/391473.htm t /_blank 社會(huì)發(fā)展和生存不可或缺的重要資源。石油、天然氣等是重要的能源資源。在現(xiàn)如今的 HYPERLINK /view/2097056.htm t /_blank 社會(huì)里，如果沒有了礦物能源的利用，從工業(yè)時(shí)代到現(xiàn)在數(shù)字時(shí)代所創(chuàng)造出的所有 HYPERLINK /view/20371

16、5.htm t /_blank 物質(zhì)文明也都將消逝不見。在眾多資源中，石油能源則擁有著更多的戰(zhàn)略資源色彩，石油的供求量關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)和軍事力量的保障，更影響到一個(gè)國家戰(zhàn)略方向的發(fā)展。一份由美國的石油業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)顯示，目前地球上還沒有開采過的原油儲(chǔ)量已經(jīng)不到兩萬億桶，也就是可以供人類開發(fā)的原油儲(chǔ)量不多于95年的時(shí)間。由目前的趨勢(shì)來看，在2050年到來之前，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更多的是依賴于煤炭資源的供應(yīng)。在隨后的500年之間，煤炭資源最后也將消耗殆盡，礦物燃料能源供應(yīng)也會(huì)面臨著枯竭。面對(duì)即將到來的世界性能源危機(jī)，全世界的人們都意識(shí)到必須采取開源節(jié)流的戰(zhàn)略措施來應(yīng)對(duì)，為人類的可持續(xù)發(fā)展尋找有效方法。

17、隨著能源危機(jī)一步步地逼近，世界各個(gè)國家已經(jīng)開始大力尋找礦物能源以外的適合本國實(shí)際發(fā)展情況的能源替代品，這就引起了許多新能源的興起，其中發(fā)展最快的要數(shù)清潔能源。那么何為清潔能源？清潔能源的定義就是其在使用后不排放污染物，并且可以再生的能源，例如水力發(fā)電、潮汐能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能（即沼氣）等。由于這些可再生能源在以后都不存在消耗殆盡的問題，因此受到許多國家的重視，特別是能源短缺嚴(yán)重的國家。在這些眾多的清潔能源中，燃料電池因?yàn)槠錆摿薮蟮拈_發(fā)特質(zhì)被越來越多的國家重視并著手研究發(fā)展起來。1.2 碳燃料電池(rn lio din ch)介紹1.2.1 結(jié)構(gòu)組成(z chn)及工作原理直接碳燃料電池

18、（DCFC）是直接用碳材料作為(zuwi)電池的陽極，在高溫下與位于陰極的氧化劑（空氣）進(jìn)行作用,以此構(gòu)成原電池的產(chǎn)電裝置，一般此過程無需氣化，工作溫度為400-1000 oC。由實(shí)驗(yàn)?zāi)M我們了解到這種技術(shù)的發(fā)電效率比目前煤碳發(fā)電廠發(fā)電效率高了兩倍，其陽極材料可包括各種煤炭，焦油，焦炭，生物質(zhì)炭，氣體碳等。這種燃料電池的工作原理如下圖所示：圖1-1 直接碳燃料電池原理圖首先固體碳在電池內(nèi)部(nib)進(jìn)行內(nèi)重整： C + H2O = CO + H2重整后生成的CO和H2在陽極(yngj)發(fā)生電極反應(yīng)，其電極反應(yīng)原理如下: 陰極(ynj)反應(yīng): O2 + 4e- 2O2 - 陽極反應(yīng): CO +

19、O2- CO2-+ 2e- H2 + O2- H2O + 2e- 總反應(yīng): C + O2 CO2讓DCFC達(dá)到一個(gè)高的電壓時(shí)需要一個(gè)高的操作溫度，目前它的兩種高溫操作方法是：熔融電介質(zhì)電池，其運(yùn)行溫度為400 - 750 oC固體氧化物燃料電池，其運(yùn)行溫度為700 - 1000 oC1.2.2 直接碳燃料電池的特點(diǎn)直接碳燃料電池按照所用電解質(zhì)的不同，可分為三類：熔融氫氧化物電解質(zhì)DCFC19世紀(jì)末，Jacques等人使用熔融氫氧化物作為電池電解質(zhì)，開發(fā)出了世界上第一個(gè)直接碳燃料電池。該電池的優(yōu)點(diǎn)是它比熔融碳酸鹽具有更高的電子/離子傳導(dǎo)率，450 oC下熔融氫氧化物的導(dǎo)電率是650 oC下熔融碳

20、酸鹽的1.5倍。且與碳發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，熔融氫氧化物的化學(xué)反應(yīng)活性更高，這樣就有利于過電位的降低、陽極電流密度得增大。由于此類電池陰極氣體不需要摻入CO2氣體，因此有利于CO2的減排，減少大氣污染物的排放。（2）熔融碳酸鹽電解質(zhì)DCFC20世紀(jì)70年代中期，研究人員韋弗首次以熔融碳酸鹽作為電池電解質(zhì)，開發(fā)出了熔融碳酸鹽類直接碳燃料電池，相比于第一類電池，該類電池的工作溫度可達(dá)到750 oC。到了90年代，該類直接燃料電池研究增多，其中比較有代表性的是Hemmes和Cooper。利用碳酸鹽作為電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是材料成本低，性能上與CO32-的相互轉(zhuǎn)化相對(duì)較容易，反應(yīng)中生成的CO2而且對(duì)該類電池電池不

21、會(huì)造成污染。缺點(diǎn)是電解質(zhì)的熔點(diǎn)略高，對(duì)電池結(jié)構(gòu)的腐蝕性增強(qiáng)，因此該類電池對(duì)電池材料的性能提出了更高的要求。還有一個(gè)缺點(diǎn)就是氫氧化物容易與CO2產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致電解質(zhì)失效，從而影響電池的性能。固體(gt)氧化物電解質(zhì)DCFC20世紀(jì)(shj)80年代Nakagawa和Ishida開發(fā)出利用固體氧化物作為電池電解質(zhì)的燃料電池。他們使用氧化鋯作為電解質(zhì)，也被叫為內(nèi)部直接碳燃料電池 （In DCFC）。斯坦福大學(xué)的Gur對(duì)固體氧化物電解質(zhì)DCFC進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。他發(fā)現(xiàn)在溫度較高的時(shí)候（700 oC以上），試驗(yàn)測(cè)得氧分壓與化學(xué)平衡理論計(jì)算值相同，但是(dnsh)溫度較低時(shí)，氧分壓有明顯的升高。Gur認(rèn)

22、為該過程不能簡單地看作氣化反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。從最早的DCFC誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有100多年的歷史了，但近年來技術(shù)才有了較為快的進(jìn)步，目前DCFC的電流密度達(dá)到50500 mA/cm2 ，功率密度最高達(dá)到4.5 kW/m2，相比其他類型燃料電池，DCFC本體研究還在起步階段，此外，以煤作為DCFC的原料，將面臨兩個(gè)問題，一是固體燃料給料問題;二是煤中含有的污染物將導(dǎo)致電極失效。1.2.3 陽極碳材料的修飾與結(jié)構(gòu)分析 陽極修飾方法目前對(duì)于碳燃料陽極修飾的方法很多，下面大致介紹一下幾種常用的方法:(1)氨氣處理法此方法是運(yùn)用氨氣對(duì)陽極碳進(jìn)行處理的。早期的處理方法是在700 oC持續(xù)通入氨氣

23、改性陽極碳，采用這種方法可以將功率密度大大提高，庫倫效率也會(huì)提高20%。Logan將該方法改進(jìn)為用氨氣處理石墨刷陽極表面，可使功率密度提升90%，分析認(rèn)為是石墨刷經(jīng)過氨氣處理后提高了陽極的表面積且魷魚仔陽極表面產(chǎn)生了帶正電的電荷或官能團(tuán)，更有利于提高電子的傳遞速率，同時(shí)氨氣處理也降低了材料的阻抗。（2）酸、熱處理法與氨氣處理的方法相比，此方法更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保，有利于燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用?，F(xiàn)在，酸處理法主要是采用弄算浸漬法。之前的研究人員做了很多實(shí)驗(yàn)。Erable用鹽酸處理活化石墨碳顆粒電極，用以提高開路電壓。Feng等用的是濃硫酸處理碳，并且成功將功率密度提升了8%，而他們同時(shí)進(jìn)行酸熱處理則可將功

24、率密度提升25%。研究認(rèn)為，處理后的電極BET比表面積增大并且產(chǎn)生了含氮官能團(tuán)，這些變化有利于電子的傳遞速率，從而提高電池的產(chǎn)電性能。Wang等將陽極碳網(wǎng)在馬弗爐中450 oC加熱處理30 min，是最大功率密度提升3%。熱處理法能使陽極材料表面積增大，提供大量活性反應(yīng)位，進(jìn)而提升電池性能。金屬(jnsh)及金屬化合物涂層修飾法這種方法采用的是將石墨(shm)粉末混合硫酸錳制得Mn2+-石墨陽極，產(chǎn)電量提高(t go)了1000倍，這里Mn2+作為連接石墨電極的中介體。此外，含有Mn2+-Ni2+的石墨陶瓷復(fù)合電極比普通石墨電極的動(dòng)力學(xué)活性要高很多。利用氧化物涂刷陽極可以提高功率密度和庫倫效率

25、。Lowy等研究發(fā)現(xiàn)在碳材料中添加Fe3O4或Fe3O4和Ni2+的石墨涂層，可產(chǎn)生比未修飾陽極高1.52.2倍的動(dòng)力學(xué)活性。而采用電沉積法制得亞微米-納米級(jí)RuO2-碳?xì)株枠O，可實(shí)現(xiàn)最大功率密度提高17倍！分析表明，添加了RuO2的碳?xì)株枠O比未改性陽極比表面積提高，內(nèi)阻降低，電化學(xué)性能得到明顯改善。本次實(shí)驗(yàn)主要采用的是通過相同濃度的酸和堿24小時(shí)浸泡碳材料，浸泡后取出樣品再分別觀察其在TGA失重情況和掃描電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)，與未處理的碳材料對(duì)比，找出性能最佳的碳材料。 碳材料TG失重分析熱重分析（Thermogravimetric Analysis,TG或TGA），是指在程序控溫下測(cè)量待測(cè)樣品

26、的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種 HYPERLINK /view/351030.htm t /_blank 熱分析技術(shù)，用來研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。TGA在研發(fā)和質(zhì)量控制方面都是比較常用的檢測(cè)方法。熱重分析在實(shí)際的材料分析中經(jīng)常與其他方法連用，進(jìn)行綜合分析，全面準(zhǔn)確分析材料。一般情況下，我們將熱重分析劃為兩類即靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。（1）靜態(tài)法：包括等溫情況(qngkung)下質(zhì)量變化的測(cè)定和等壓情況下的質(zhì)量變化測(cè)定。等溫情況下的質(zhì)量變化測(cè)定是指在恒定溫度的條件下被測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種方法。等壓情況下的質(zhì)量變化測(cè)定是指在程序控溫條件下，被測(cè)量的物質(zhì)在定量揮發(fā)物分壓下的平衡質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種方

27、法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是 HYPERLINK /view/434085.htm t /_blank 準(zhǔn)確度高，但是實(shí)驗(yàn)(shyn)進(jìn)行比較費(fèi)時(shí)。 圖1-2 熱重分析儀（2）動(dòng)態(tài)法：這種方法(fngf)即我們常說的熱重分析和 HYPERLINK /view/690164.htm t /_blank 微商熱重分析。微商熱重分析又稱為導(dǎo)數(shù)熱重分析（Derivative Thermogravimetry，DTG）。它的原理是TG曲線對(duì)溫度（或者時(shí)間）的一階導(dǎo)數(shù)。該分析是以物質(zhì)的質(zhì)量變化速率（dm/dt） 對(duì)溫度T（或時(shí)間t）作圖，然后得到所需的DTG曲線。我們使用熱重分析法可以用來研究晶體物理性質(zhì)的變化情

28、況，如蒸發(fā)、熔化、吸附和升華等物質(zhì)的一些物理現(xiàn)象；也用來研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解過程、脫水、解離、氧化、還原、成份的定量分析、添加劑預(yù)填充劑影響、水份與揮發(fā)物、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等化學(xué)現(xiàn)象。本次實(shí)驗(yàn)我們采用的是熱重分析中的動(dòng)態(tài)法進(jìn)行熱重分析，觀察所取的碳樣品在高溫下不同氣氛的動(dòng)態(tài)分解情況，并收集數(shù)據(jù)做出TG和DTG圖，分析每種碳樣品的失重情況，分析其組成成分。 碳材料掃描電子電鏡分析掃描(somio)電子顯微鏡（ HYPERLINK /subview/157335/6470718.htm t /_blank SEM）是1965年發(fā)明(fmng)的較現(xiàn)代的 HYPERLINK /view/15372.h

29、tm t /_blank 細(xì)胞(xbo)生物學(xué)研究工具，主要是利用二次電子信號(hào)成像來觀察樣品的 HYPERLINK /view/627227.htm t /_blank 表面形態(tài)，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，其中主要是樣品的二次電子發(fā)射。圖1-3 電子掃描電鏡設(shè)備掃描電鏡，它是介于 HYPERLINK /view/25112.htm t /_blank 光學(xué)顯微鏡和 HYPERLINK /view/691146.htm t /_blank 透射電鏡之間的一種微觀形貌觀察方法，利用樣品表面材料的物質(zhì)性能可以直接進(jìn)行微觀成像。運(yùn)用掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)很多：擁有較

30、高的放大倍數(shù)，在20-20萬倍之間可以連續(xù)調(diào)節(jié)；擁有很大的景深，視野寬闊，成像具有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微形貌結(jié)構(gòu)；試樣制備較為簡單，不需要進(jìn)行特殊處理。 目前所使用的電子掃描電鏡都配有X射線能譜儀這樣的裝置，它可以同時(shí)進(jìn)行顯微組織形貌的觀察和微區(qū)成分的分析，所以它是當(dāng)今使用率最廣的科學(xué)研究儀器。本次實(shí)驗(yàn)我們通過調(diào)節(jié)電子掃描電鏡的放大倍數(shù)（100 - 5000倍），來觀察碳樣品的表面結(jié)構(gòu)與形貌，并通過保存的SEM分析各個(gè)碳樣品對(duì)于作為陽極材料的可行性。第二章 碳樣品(yngpn)的制備(zhbi)與分析實(shí)驗(yàn)2.1 實(shí)驗(yàn)(shyn)藥品本次實(shí)驗(yàn)所用主要藥品如下：表2-1 實(shí)驗(yàn)

31、藥品種類數(shù)量濃度鹽酸溶液200 ml12mol/L氫氧化鈉溶液200 ml12mol/L蒸餾水50 L-2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)所用到得主要儀器如下：表2-2 實(shí)驗(yàn)主要器材種類數(shù)量種類數(shù)量1 L燒杯4 個(gè)試管刷2 個(gè)標(biāo)簽紙10 張洗氣瓶3 個(gè)樣品袋兩 包洗滌靈1 瓶三角燒瓶三 個(gè)100 ml小燒杯10 個(gè)玻璃漏斗2 個(gè)石英槽5 個(gè)石英管2 個(gè)陶瓷研缽2 個(gè)玻璃棒兩 根瑪瑙研缽1 個(gè)稱量紙1 包藥匙4 個(gè)密封膠帶1 卷醫(yī)用脫脂棉1 包橡膠塞（6號(hào)，7號(hào)）各5 個(gè)膠管40 m分析天平1 個(gè)抽濾機(jī)1 臺(tái)烘干設(shè)備1 臺(tái)電線20 m2.3 實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟2.3.1 生物質(zhì)的選擇(xunz)根

32、據(jù)生物質(zhì)表面的粗糙程度和表面結(jié)構(gòu)，需要差異較大幾種生物質(zhì)。通過日常觀察，我們?cè)谛@(xioyun)找到了四種具有代表性的生物質(zhì)：松針、梧桐果、柳枝、松果。收集以后分類并去除里面的雜質(zhì)，分別放置留做備用。擺放時(shí)注意保持周圍環(huán)境的陰涼干燥。圖2-1 收集的生物質(zhì)2.3.2 爐架及管式熱解爐的制作爐架為用鋼架搭成的一個(gè)三層穩(wěn)定桌狀結(jié)構(gòu)（長寬高分別為1 m，0.5 m，1 m），用鋼皮鋪展在鋼架上，并用螺絲固定好。最上面的一層作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，豎直方向用鋼架隔開（大概20 cm處），寬的平面鋪展不銹鋼皮放置程序溫控表、交流繼電器等儀表，窄的平面放置氣化爐，導(dǎo)線由窄平面的下方引入，接一個(gè)插座固定在鋼架上，并

33、把另外兩層鋪有不銹鋼皮的平面用作放置尾氣收集裝置和實(shí)驗(yàn)所需物品及雜物的地方。并額外準(zhǔn)備一個(gè)排插，用作給裝置通入電流。實(shí)驗(yàn)所用管式熱解爐主要由三個(gè)部分組成(z chn)：熱電偶，爐膛，外部保溫套。熱電偶和爐膛主要由工廠定制獲得，因其質(zhì)量問題，試用時(shí)電偶燒斷，隨后經(jīng)過導(dǎo)師和同組同學(xué)加工，將電熱偶絲主要纏繞在爐膛中部。這樣就使熱解爐主要在中間部分溫度較高。隨后考慮到保溫特別是安全等因素，我們又在爐膛外表面包裹了三層陶瓷棉（不扎手）和一層鐵皮，即保溫套，保溫套邊口又裹上了一層耐高溫膠帶，這樣避免了鐵皮切口劃傷實(shí)驗(yàn)者。裝置如圖所示 ：圖2-2 熱解爐及爐架2.3.3. 生物(shngw)炭的制備(zhb

34、i)與煤樣的熱解 生物炭的制備先將收集的生物質(zhì)分類并去除雜質(zhì)，再分別進(jìn)行制備。例如松針，制備前稱取10 g左右，稍作擠壓使其體積變小并放入石英管中部（管式爐中部的溫度最高）。實(shí)驗(yàn)前先通入氮?dú)獯祾呤⒐苤械目諝?，然后開始加熱。實(shí)驗(yàn)采用程序升溫控制儀表，以10 oC/min的升溫速率從室溫（25 oC）升到700 oC。到達(dá) 700 oC后保溫兩個(gè)小時(shí)，然后關(guān)閉溫控儀讓石英管降到室溫（必須保持在氮?dú)鈿夥障陆禍兀蝗粯悠吩诟邷叵氯菀籽趸苫曳郑?。室溫下取出生物炭，利用電子天平稱量后貼上標(biāo)簽裝袋備用。熱解實(shí)驗(yàn)過程中因?yàn)楦邷叵律镔|(zhì)炭焦油含量高，因此必須將尾接管通入水中用于吸收焦油和其他氣體，避免污染實(shí)

35、驗(yàn)室空氣。 煤樣的熱解將收集的三種煤樣分別研磨成細(xì)顆粒，每種樣品稱取10g左右，實(shí)驗(yàn)前先通入氮?dú)獯祾呤⒐苤械目諝猓缓箝_始加熱。實(shí)驗(yàn)采用程序升溫控制儀表，以10 oC/min的升溫速率從室溫（25 oC）升到700 oC。到達(dá) 700 oC后保溫兩個(gè)小時(shí)，然后關(guān)閉溫控儀讓石英管降到室溫（必須保持在氮?dú)鈿夥障陆禍兀蝗粯悠吩诟邷叵氯菀籽趸苫曳郑Ｊ覝叵氯〕錾锾浚秒娮犹炱椒Q量后貼上標(biāo)簽裝袋備用。 2.3.4. 酸堿處理前的碳樣品的熱重處理與電子(dinz)掃描電鏡分析 熱重處理(chl)將高溫?zé)峤庵频玫牧μ垦心コ杉?xì)小顆粒（先用石英研缽研磨，再用瑪瑙研缽二次研磨），稱取10 mg左右放入

36、TGA專用坩堝中。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先打開與儀器相連的分析用電腦，打開熱重分析儀開始預(yù)熱，再打開循環(huán)水泵為其降溫。實(shí)驗(yàn)開始前打開氣瓶先通入氣體吹掃半個(gè)小時(shí)（實(shí)驗(yàn)用氣氛為氮?dú)猓鯕?yngq)和二氧化碳），氣流速度保持50 ml/min。然后開始以10 oC/min升溫速率升高至1000 oC，達(dá)到1000 oC后開始降溫，并且保持氮?dú)鈿夥罩敝?00 oC以下，保存數(shù)據(jù)，取出樣品，待儀器降至室溫后進(jìn)行下一個(gè)樣品的處理，操作過程同上(氧氣氣氛時(shí)需混合氮?dú)庖?:4的比例混合通入TGA，防止氧氣濃度過高發(fā)生爆炸)。 電子掃描電鏡分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要將所有的樣品置于SEM下掃描成像，為我們直接比較各煤樣的差異和不同氣

37、化劑下煤樣的氣化性質(zhì)以及熔融鹽是否能催化氣化反應(yīng)，并改變碳樣便面活性碳基團(tuán)的位置和集聚程度。SEM的工作原理為利用特殊手段將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并放大進(jìn)行觀察、成像。使用SEM前應(yīng)先將需要觀察的樣品均勻的附著在粘有導(dǎo)電膠帶的觀察臺(tái)上，注意要先將上面原有的導(dǎo)電膠帶或樣品去除干凈。電鏡使用步驟為：開總電源，再開循環(huán)水、空氣壓縮機(jī)、機(jī)械泵，打開電鏡總電源，開啟電鏡主機(jī)電源，并同時(shí)將真空控制表面板的手動(dòng)按鈕調(diào)整為自動(dòng)按鈕；加熱30 分鐘后，彈開stand by按鈕，抽真空，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的真空度達(dá)到200時(shí)，便可以在電鏡下觀察樣品，樣品放置在貼有導(dǎo)電膠帶的專業(yè)小平臺(tái)上，用小木棍把樣品

38、按一定順序排列好，做好畫一個(gè)簡圖記錄各位置的樣品是什么。通過電鏡觀察并掃描出樣品的微觀圖像。所有樣品都完成后，需要關(guān)閉系統(tǒng)。具體步驟為：先確認(rèn)高壓、對(duì)比度、V1閥和電器槍全部關(guān)掉，再按下stand by按鈕，將真空控制板后的自動(dòng)按鈕調(diào)整為手動(dòng)（此時(shí)只有V2亮），冷卻30 分鐘后，按下電鏡主開關(guān)，最后依次關(guān)閉機(jī)械泵、空壓機(jī)、循環(huán)水和墻上總電源。把實(shí)驗(yàn)中所有的樣品，包括原始的煤樣，生物炭樣品，煤樣經(jīng)一次氣化（氧氣氣氛、二氧化碳?xì)夥铡⒀鯕夂偷獨(dú)饣旌蠚夥眨┖蟮臉悠?，熱重分析儀處理后的樣品，部分酸堿處理后的樣品，水蒸氣處理后的樣品全都分別置于掃描電鏡下觀察并拍出微觀結(jié)構(gòu)下的樣品照片。仔細(xì)觀察，得出結(jié)論。

39、2.3.5 酸堿溶液的配制(pizh)與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)用酸堿液均由濃度為12 mol/L的標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)液配制。用移液管量取50 ml濃鹽酸于小燒杯中，緩慢(hunmn)加水稀釋，防止水沸騰濺出，注意邊稀釋邊攪拌，將稀釋好的溶液用玻璃棒引流倒入100 ml容量瓶中，再用少量蒸餾水清洗小燒杯和玻璃棒，將清洗液倒入容量品后用膠頭滴管吸取蒸餾水進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定完后震蕩容量瓶，靜置一段時(shí)間后若發(fā)現(xiàn)液面在刻度以下，再用膠頭滴管滴定。貼上標(biāo)簽（6 mol/L鹽酸）保存好備用。氫氧化鈉溶液配制同理，用移液管量取50 ml濃鹽酸于小燒杯中，緩慢加水稀釋，防止水沸騰濺出，注意邊稀釋邊攪拌，將稀釋好的溶液用玻璃棒引

40、流倒入100 ml容量瓶中，再用少量蒸餾水清洗小燒杯和玻璃棒，將清洗液倒入容量品后用膠頭滴管吸取蒸餾水進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定完后震蕩容量瓶，靜置一段時(shí)間后若發(fā)現(xiàn)液面在刻度以下，再用膠頭滴管滴定。貼上標(biāo)簽（6 mol/L氫氧化鈉）保存好備用。2.3.6 生物炭與煤樣的酸堿處理本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的酸堿處理是用6 mol/L的鹽酸和氫氧化鈉溶液分別浸泡七種碳樣品。分別稱取15 mg左右的四種碳樣品（柳枝炭，松果炭，梧桐果炭和蒙東褐煤）于小燒杯中，再分別量取10 ml鹽酸溶液倒入燒杯，輕搖燒杯使碳樣品粉末與酸溶液盡量混合均勻，混勻后用保鮮膜密封，放入密封盒子中靜置24個(gè)小時(shí)。堿溶液處理同理。靜置完后將所有小燒杯（四個(gè)

41、酸處理四個(gè)堿處理）放入烘箱中120 oC烘烤12小時(shí)。放入烘箱前注意將每個(gè)燒杯進(jìn)行編號(hào)，防止記錯(cuò)樣品的順序。烘烤結(jié)束后取出燒杯并向燒杯中倒入適量蒸餾水溶解烘烤過的碳樣品并用濾紙過濾干燥最終得到酸堿處理過后的碳樣品。將處理過的碳樣品收集裝袋貼上標(biāo)簽備用。2.3.7 酸堿處理(chl)后的碳樣品的電子掃描電鏡分析與熱重處理 熱重處理(chl)從酸堿處理過的碳樣品中每種稱取10 mg左右放入TGA專用小坩堝中，將處理過的樣品研磨成細(xì)小顆粒（先用陶瓷研缽研磨，再用瑪瑙研缽二次研磨），稱取10 mg左右放入TGA專用坩堝中。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先打開與儀器相連的分析用電腦，打開熱重分析儀開始預(yù)熱，再打開循環(huán)水泵為其

42、降溫。實(shí)驗(yàn)開始前打開氣瓶先通入氣體吹掃半個(gè)小時(shí)（實(shí)驗(yàn)用氣氛為氮?dú)猓鯕夂投趸迹?，氣?qli)速度保持50 ml/min。然后開始以10 oC/min升溫速率升高至1000 oC，達(dá)到1000 oC后開始降溫，并且保持氮?dú)鈿夥罩敝?00 oC以下，保存數(shù)據(jù)，取出樣品，待儀器降至室溫后進(jìn)行下一個(gè)樣品的處理，操作過程同上(氧氣氣氛時(shí)需混合氮?dú)庖?:4的比例混合通入TGA，防止氧氣濃度過高發(fā)生爆炸)。 電子掃描電鏡分析這部分實(shí)驗(yàn)，需要將所有的樣品置于SEM下掃描成像，為我們直接比較各煤樣的差異和不同氣化劑下煤樣的氣化性質(zhì)以及熔融鹽是否能催化氣化反應(yīng)，并改變碳樣便面活性碳基團(tuán)的位置和集聚程度。SE

43、M的工作原理為利用特殊手段將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并放大進(jìn)行觀察、成像。使用SEM前應(yīng)先將需要觀察的樣品均勻的附著在粘有導(dǎo)電膠帶的觀察臺(tái)上，注意要先將上面原有的導(dǎo)電膠帶或樣品去除干凈。電鏡使用步驟為：開總電源，再開循環(huán)水、空氣壓縮機(jī)、機(jī)械泵，打開電鏡總電源，開啟電鏡主機(jī)電源，并同時(shí)將真空控制表面板的手動(dòng)按鈕調(diào)整為自動(dòng)按鈕；加熱30 分鐘后，彈開stand by按鈕，抽真空，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的真空度達(dá)到200時(shí)，便可以在電鏡下觀察樣品，樣品放置在貼有導(dǎo)電膠帶的專業(yè)小平臺(tái)上，用小木棍把樣品按一定順序排列好，做好畫一個(gè)簡圖記錄各位置的樣品是什么。通過電鏡觀察并掃描出樣品的微觀圖像。所有

44、樣品都完成后，需要關(guān)閉系統(tǒng)。具體步驟為：先確認(rèn)高壓、對(duì)比度、V1閥和電器槍全部關(guān)掉，再按下stand by按鈕，將真空控制板后的自動(dòng)按鈕調(diào)整為手動(dòng)（此時(shí)只有V2亮），冷卻30 分鐘后，按下電鏡主開關(guān)，最后依次關(guān)閉機(jī)械泵、空壓機(jī)、循環(huán)水和墻上總電源。把實(shí)驗(yàn)中所有的樣品，包括原始的煤樣，生物炭樣品，煤樣經(jīng)一次氣化（氧氣氣氛、二氧化碳?xì)夥?、氧氣和氮?dú)饣旌蠚夥眨┖蟮臉悠?，熱重分析儀處理后的樣品，部分酸堿處理后的樣品，水蒸氣處理后的樣品全都分別置于掃描電鏡下觀察并拍出微觀結(jié)構(gòu)下的樣品照片。仔細(xì)觀察，得出結(jié)論。 第三章 碳樣品(yngpn)制備表征實(shí)驗(yàn)(shyn)數(shù)據(jù)處理與分析3.1 碳樣品(yngpn)

45、熱重分析3.1.1 柳枝炭圖3-1 柳枝(li zh)炭各氣氛(qfn)下的TGA圖圖3-1為柳枝(li zh)生物質(zhì)炭在三種氣氛下的熱重分析的失重率曲線，同樣在二氧化碳?xì)夥障聲r(shí)，經(jīng)過鹽酸和氫氧化鈉浸泡的碳樣品與未處理碳樣品相比，未處理的柳枝炭開始失重是在750 oC左右，而酸堿處理后失重開始于800 oC，且未處理的樣品失重率在85%左右，而處理后失重率達(dá)到95%以上，最后的灰分在5%左右，說明未處理的碳含碳量較高，單位質(zhì)量的燃料碳可以提供更多的能量。從圖中還可以看出，未處理的碳與堿處理的碳在900 oC左右逐漸停止失重，說明 這兩種碳燃料在950 oC之前就已經(jīng)完全被氧化。而酸處理的碳樣品

46、則在950 oC以后停止失重，說明酸處理的柳枝炭在高溫下能夠更好地發(fā)揮性能。圖3-2 柳枝(li zh)炭CO2氣氛(qfn)下的DTG圖柳枝(li zh)炭未處理樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治觯瑯悠焚|(zhì)量為15.6 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，690 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到904 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至950 oC左右，失重逐漸終止?？梢杂^察到柳枝炭樣品在二氧化碳?xì)夥障率е芈蔬_(dá)到88%左右。圖3

47、-3 柳枝(li zh)炭N2氣氛(qfn)下的DTG圖柳枝(li zh)炭未處理樣品在氮?dú)鈿夥障伦鰺嶂胤治?，樣品質(zhì)量為11.6 mg。如圖所示，此氣氛下樣品分兩次失重。第一階段，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，370 oC左右開始大幅失重，且失重速率也隨之增大，溫度升到391 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大值，此時(shí)碳樣品已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，420 oC左右停止失重。第二階段，始終開始于550 oC左右，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨之增大，當(dāng)溫度達(dá)到650 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全

48、反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，但樣品一直處于失重狀態(tài)。圖3-4 柳枝(li zh)炭O2氣氛(qfn)下的DTG圖柳枝(li zh)炭未處理樣品在氧氣氣氛下做熱重分析，樣品質(zhì)量為14.6 mg。如圖所示，此氣氛下樣品分兩次失重。第一階段，從室溫加熱到350 oC時(shí)碳樣品開始大幅失重，隨著溫度的升高，失重速率也隨之增大，溫度升到436 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大值，此時(shí)碳樣品已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，460 oC左右停止失重。第二階段，始終開始于650 oC左右，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨之增大，當(dāng)溫度達(dá)到699 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失

49、重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，溫度為720 oC 左右時(shí)失重逐漸停止。碳樣品此氣氛下的失重率接近100%，說明樣品中含碳量很高。圖3-5 柳枝(li zh)炭堿處理(chl)的DTG圖柳枝(li zh)炭堿處理后的樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治觯瑯悠焚|(zhì)量為17.6 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，730 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到899 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至920 oC左右，失重逐漸終止?？梢杂^

50、察到堿處理柳枝炭樣品在二氧化碳?xì)夥障率е芈蔬_(dá)到95%左右。圖3-6 柳枝(li zh)炭酸處理的DTG圖柳枝(li zh)炭酸堿處理后的樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治?fnx)，樣品質(zhì)量為12.4mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，720 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到950 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至980 oC左右，失重逐漸終止?？梢杂^察到堿處理柳枝炭樣品在二氧化碳?xì)夥障率е芈蔬_(dá)到95%左右。基于以上碳樣品的熱

51、重分析，經(jīng)過酸堿處理后柳枝炭失重開始溫度都變?yōu)?20 oC左右，且失重率有所上升都在95%左右，由氧氣氣氛下的失重量看出柳枝炭的含碳量很高。3.1.2 松果(sn u)炭圖3-7 松果(sn u)炭各氣氛(qfn)下的TGA圖圖3-7為松果生物質(zhì)炭在三種氣氛下的熱重分析的失重率曲線，同樣在二氧化碳?xì)夥障聲r(shí)，經(jīng)過鹽酸和氫氧化鈉浸泡的碳樣品與未處理碳樣品相比，未處理的松果碳開始失重是在350 oC左右（N2氣氛下除外），而酸堿處理后失重開始于750 oC，且未處理的樣品失重率基本都超過了在100%左右，而處理后失重率達(dá)到80%左右，最后的灰分在20%，說明未處理的碳含碳量較高，單位質(zhì)量的燃料碳可以

52、提供更多的能量。從圖中還可以看出，未處理的碳與堿處理的碳在900 oC左右逐漸停止失重，說明這兩種碳燃料在900 oC之前就已經(jīng)完全被氧化。而酸處理的碳樣品沒有停止失重。 圖3-8 松果(sn u)炭CO2氣氛(qfn)下的DTG圖松果(sn u)炭未處理樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治?，樣品質(zhì)量為21.0 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，400 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到907 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降。此后其失重速率

53、保持在0.15左右，碳樣品隨著溫度的升高一直失重。圖3-9 松果(sn u)炭N2氣氛(qfn)下的DTG圖松果(sn u)炭未處理樣品在氮?dú)鈿夥障伦鰺嶂胤治觯瑯悠焚|(zhì)量為27.6 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，600 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到819 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降。此后其失重速率保持在0.015左右，碳樣品隨著溫度的升高一直失重。圖3-10 松果(sn u)炭O2氣氛(qfn)下的DTG圖松果(sn u)

54、炭未處理的樣品在氧氣氣氛下做熱重分析，樣品質(zhì)量為13.5 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，380 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到446 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至540 oC左右，失重逐漸終止?？梢杂^察到未處理松果炭樣品在氧氣氣氛下失重率達(dá)到100%。碳含量很高。圖3-11 松果(sn u)炭堿處理(chl)的DTG圖松果(sn u)炭堿處理后的樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治觯瑯悠焚|(zhì)量為17.1 mg，如圖所示

55、，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，720 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到917 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至930 oC左右，失重逐漸終止。可以觀察到堿處理松果炭樣品在二氧化碳?xì)夥障率е芈蕿?0%。圖3-12 松果(sn u)炭酸處理的DTG圖松果(sn u)炭鹽酸處理過的樣品在二氧化碳?xì)夥?qfn)下做熱重分析，樣品質(zhì)量為18.8 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，7

56、50 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到1000 oC時(shí)，失重速率也還在升高，碳樣品也隨著溫度的升高一直失重?；谝陨纤袩嶂胤治鰣D，未處理的松果炭在400 oC左右就開始失重，且在1000 oC以內(nèi)持續(xù)失重（氧氣氣氛下除外），如果用作燃料電池陽極材料，推測(cè)在電池反應(yīng)的高溫下，陽極不斷消耗，性能下降顯著，導(dǎo)致電池工作能力降低，影響使用效率。反觀酸堿處理過的松果炭，失重開始在800 oC左右，并且堿處理過的松果炭在930 oC左右停止失重，且失重率為80%，因此它的反應(yīng)活性在所有處理的碳中是最高的，如果以堿處理過的松果炭作為陽極材料，在高溫下電

57、池也會(huì)有很好地性能表現(xiàn)。3.1.3 梧桐果炭圖3-13 梧桐(wtng)果炭各氣氛(qfn)下的TGA圖圖3-13為梧桐(wtng)果生物質(zhì)炭在三種氣氛下的熱重分析的失重率曲線，同樣在二氧化碳?xì)夥障聲r(shí)，經(jīng)過鹽酸和氫氧化鈉浸泡的碳樣品與未處理碳樣品相比，未處理的梧桐果炭開始失重是在700 oC左右（O2氣氛下除外），而酸堿處理后失重開始于750 oC，且未處理的樣品失重率基本都超過了在100%左右，而處理后失重率達(dá)到80%左右，最后的灰分在20%，說明未處理的碳含碳量較高，單位質(zhì)量的燃料碳可以提供更多的能量。從圖中還可以看出，未處理的碳與堿處理的碳在900 oC左右逐漸停止失重，說明 這兩種碳燃

58、料在900 oC之前就已經(jīng)完全被氧化。而酸處理的碳樣品沒有停止失重。圖3-14 梧桐(wtng)果炭CO2氣氛(qfn)下的DTG圖梧桐(wtng)果炭未處理的樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治觯瑯悠焚|(zhì)量為18.5 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，760 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到925 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至940 oC左右，失重逐漸終止。可以觀察到未處理梧桐果炭樣品在二氧化碳?xì)夥障率е芈蔬_(dá)到100%以上

59、。圖3-15 梧桐(wtng)果炭堿處理(chl)的DTG圖梧桐(wtng)果炭堿處理后的樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治?，樣品質(zhì)量為17.2 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)碳樣品開始小幅失重，猜測(cè)其失重主要成份為樣品中的水份，740 oC左右開始大幅失重，隨著溫度的升高，碳樣品失重量逐漸增大，失重率隨著增大，當(dāng)溫度達(dá)到918 oC時(shí)，失重速率達(dá)到最大，碳樣品此時(shí)已經(jīng)停止失重被完全反應(yīng)，隨后失重速率急速下降，到溫度升高至940 oC左右，失重逐漸終止。可以觀察到堿處理梧桐果炭樣品在二氧化碳?xì)夥障率е芈式咏?00%。圖3-16 梧桐(wtng)果炭N2氣氛(qfn)下的DTG圖梧桐果未處

60、理碳在氮?dú)?dn q)氣氛下做熱重處理，樣品質(zhì)量為19.8 mg，從圖中我們可以看出其失重有兩個(gè)階段。第一個(gè)階段為80 oC到300 oC，從80 oC開始隨著溫度的升高，失重速率也逐漸升高，當(dāng)139 oC時(shí)失重速率達(dá)到最大值，此后升溫速率降低到0.005左右（即300 oC左右）。第二階段，從580 oC左右開始，失重開始且失重速率增大，當(dāng)溫度到645 oC時(shí)達(dá)到最大。之后樣品一直在失重，失重速率也在不斷變化。圖3-17 梧桐(wtng)果炭酸處理DTG圖梧桐(wtng)果炭酸處理過的樣品在二氧化碳?xì)夥障伦鰺嶂胤治?，樣品質(zhì)量(zhling)為14.0 mg，如圖所示，從室溫加熱到80 oC時(shí)