第10章 煤基材料rev

第10章煤基材料10.1煤基材料基礎(chǔ)10.1.1碳的存在形式

碳的元素符號為C，原子序數(shù)為6，相對原子質(zhì)量是12.01，位于元素周期表的第二周期IVA族，電子軌道結(jié)構(gòu)為1s22s22p2，即碳原子核電荷數(shù)為6，中性碳原子的核外電子數(shù)為6，碳原子的價數(shù)有2價、3價或4價。碳的單質(zhì)存在形式:無定形碳卡賓金剛石石墨富勒稀10.1煤基材料基礎(chǔ)10.1.2煤基材料的特點

煤的特點：煤主要由有機質(zhì)組成，且煤有機質(zhì)主要由碳、氫、氮、氧和硫五種元素組成，其中碳元素含量最高，為煤中最主要的一種元素；煤中富含芳烴，尤其是縮合芳烴，有較高的芳香度和石墨化程度；煤基材料的特點：

優(yōu)良的機械性能電導(dǎo)性熱傳導(dǎo)性化學(xué)穩(wěn)定性煤中含有豐富的官能團結(jié)構(gòu)，尤其是含氧官能團；煤的組成不均一，各物理性質(zhì)不盡相同；煤中含有較豐富的孔道和裂隙。10.1煤基材料基礎(chǔ)10.1.3煤基材料的發(fā)展與應(yīng)用20世紀(jì)30年代，德國的F.Fischer將褐煤與含酚12%的笨混合，混煉壓制成板材，這是最早應(yīng)用反應(yīng)性共混技術(shù)制備的聚合物/煤共混物材料。20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)CorlowE.G和Zummenov.S.R將煤作為活性填料與各種聚合物共混制取了熱塑性共混物材料，推動了煤/聚合物共混材料的發(fā)展。1984年，Rohlfing等用短脈沖高功率的激光束在超氮氣流中蒸發(fā)石墨時發(fā)現(xiàn)了C60原子簇，從而打破了人們對于碳同素異形體的固有概念；1991年，日本科學(xué)家Iijima發(fā)現(xiàn)了碳納米管，碳素材料進入新型碳時期。

以其質(zhì)量輕、高強度、高熔點、低膨脹、耐腐蝕、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等優(yōu)點被廣泛用于航空、航天、核工業(yè)、軍工及諸多民用工業(yè)領(lǐng)域。10.2煤基高聚物合成單體10.2.1概述

煤液包括煤的液化產(chǎn)物、煤熱解焦油、煤抽提液態(tài)產(chǎn)物及經(jīng)過氧化、鹵化、解聚、水解、烷基化后的液態(tài)產(chǎn)物等。煤液體是富含芳烴的物料，大約含有70%的芳烴。煤液的基本構(gòu)成是1~4個環(huán)芳烴和酚類等混合物，這是石油與天然氣所不具備的。每一種煤液都是復(fù)雜的煤液體混合物，它由幾十種到幾百種有機化合物組成。煤液的組成受煤種、煤的組成、加工工藝等的影響。煤液體衍生物具有芳香結(jié)構(gòu)特征，以它們?yōu)樵辖?jīng)過簡單的工藝就可轉(zhuǎn)化為高附加值的新型材料。煤液的獲得可通過煤直接液化、煤間接液化、煤的熱解及溶劑抽提等方法實現(xiàn)。

10.2煤基高聚物合成單體10.2.2制備方法通過對煤液的分離可獲得用于合成芳香高聚物的芳香單體。煤液的分離可通過溶劑萃取、蒸餾、溶劑抽提、柱吸附等方法實現(xiàn)。其中，常用的溶劑萃取有酸洗、堿洗等；柱吸附是采用離子交換樹脂柱吸附雜質(zhì)組分。如何高效地實現(xiàn)分離、純化、催化重整是煤液制備高聚物合成單體的技術(shù)關(guān)鍵。對煤分子進行適當(dāng)?shù)募舨?、切割和分離從而獲得高分子單體。通過向煤中引入某種化學(xué)試劑，使其可以選擇性地解離煤分子中已知的幾個鍵或指定結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)煤分子的剪切和剝離。分子裁剪技術(shù)制備高聚物合成單體的關(guān)鍵是煤分子的確切結(jié)構(gòu)和選擇性反應(yīng)催化劑。10.2.3煤基高聚物合成單體的應(yīng)用10.2煤基高聚物合成單體通用芳香工程高聚物。主要有聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)，聚丁烯對苯二甲酸酯(PBT)等。二甲苯是PET和PBT的重要單體，PET聚酯的強度高、韌性好、耐磨，可用于制造輪胎、齒輪及建筑構(gòu)件等，還可用于膠卷、磁帶及軟飲料瓶的制造；PBT有優(yōu)良的熱性質(zhì)和機械性質(zhì)。高溫耐熱塑料。主要有聚酰亞胺(PI)，聚亞胺砜(PIS)，聚苯并咪唑(PBI)和聚酯(E-101)等。PI可耐400℃高溫，可用于制備各種密封件、軸承、齒輪、活塞、剎車制動裝置等；PBI耐高溫纖維，可用于生產(chǎn)安全手套、宇航服等。液晶高聚物(LCP)。它是指某些高聚物在熔融狀態(tài)或溶液狀態(tài)時是液態(tài)晶體。其強度較高，被用于宇航、電子、運輸?shù)阮I(lǐng)域。它還可制成現(xiàn)代最輕的18層增強纖維防彈內(nèi)衣。功能高聚物。主要有高聚膜材料，離子交換樹脂和膜材料，光導(dǎo)高聚物和縮聚多核芳香樹脂等。主要應(yīng)用于工業(yè)中氣、液混合物的分離及生物和醫(yī)藥部門。如純化水，血液分離，人造心臟、腎、心肺肌等。10.3煤基活性炭材料10.3.1概述

將煤在一定溫度下炭化活化后的物質(zhì)稱為活性炭（activecarbon，AC）?；钚蕴渴且环N含炭材料（含炭90%~95%），具有十分發(fā)達的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的內(nèi)比表面積，外表具有特殊功能的官能團?；钚蕴烤哂形侥芰姟⒒瘜W(xué)穩(wěn)定性好、機械強度高、使用失效后易再生等特點。活性炭孔徑從10-1～104nm?？讖絩<2nm為微孔，2nm<r<50nm為中孔，r>50nm為大孔。在高比表面積活性炭中，比表面積主要由微孔來貢獻，中大孔在吸附過程中主要起通道作用。10.3煤基活性炭材料10.3.2制備方法物理活化法：將原料先炭化，再利用氣體（水蒸氣和二氧化碳等）進行炭的氧化反應(yīng)，形成眾多微孔結(jié)構(gòu)；化學(xué)活化法：將原料與化學(xué)藥品以一定比例混合、浸漬一段時間后，在惰性氣體保護下將炭化和活化同時進行的一種制備方式。

催化活化法：在原料煤中加入一定量催化劑，然后加工成型，再經(jīng)過炭化和氣體活化作用后制造出具有特殊性能的活性炭。其他活化法：界面活化法、模板法、凝膠炭化法、表面改性法等。10.3煤基活性炭材料10.3.2制備方法原料研磨炭化活化洗滌干燥活性炭活化氣體物理活化法：物理活化法主要工序是炭化和活化：炭化是指在較低溫度（500℃左右）下，物料中煤焦油的揮發(fā)和煤及瀝青的熱分解和固化的過程，即預(yù)先除去其中的揮發(fā)分，制成適合于下一步活化用的炭化料。炭化過程分為400℃以下的一次分解反應(yīng)、400℃~700℃的氧鍵斷裂反應(yīng)、700℃~1000℃的脫氧反應(yīng)三個階段。煤中的芳香族大分子經(jīng)過上述反應(yīng)，形成三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的炭化料。將炭化料置于活化氣體中，在800℃~1000℃的情況下進行熱處理，稱為活化。氣體的氧化反應(yīng)侵蝕炭化物的表面，從而產(chǎn)生豐富的多孔性結(jié)構(gòu)。10.3煤基活性炭材料10.3.2制備方法煤粉化學(xué)活化劑混合干燥炭化、活化干燥活性炭水洗化學(xué)活化法：化學(xué)活化法的實質(zhì)是化學(xué)試劑鑲嵌入炭顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)活化劑與碳的活性中心相互作用，形成孔體系。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物和一些酸；目前應(yīng)用較多、較成熟的有KOH、NaOH、ZnCl2、H3PO4等。10.3煤基活性炭材料10.3.2制備方法催化活化法：

催化活化法也稱為物理化學(xué)活化法，是將化學(xué)活化法和物理活化法相結(jié)合，以制備特殊孔隙分布活性炭材料的一種方法。首先在原料煤中加入一定量催化劑，然后加工成型，再經(jīng)過炭化和氣體活化作用后制造出具有特殊性能的活性炭。催化活化的催化劑類型可分為兩大類：1.堿金屬和堿土金屬為主的金屬氧化物、金屬氫氧化物以及鹽類（包括NaO2、KO2、CaCO3、CaO、K2CO3、NaCO3等）；2.過渡金屬（主要包括鐵、鎳、鈷）。一般認為適用于催化C-H2O反應(yīng)的催化劑主要有K、Na、Ca、Fe和Ni。10.3煤基活性炭材料10.3.2制備方法其他活化法：界面活化法、模板法、凝膠炭化法、表面改性法等Gryglewicz等將Ca和Fe交換到褐煤上，制備了中孔孔體積明顯提高的活性炭；Ozakietal利用聚合物共混法把聚乙烯醇和酚醛樹脂混合，制備了3～5nm中孔結(jié)構(gòu)的碳纖維；Kuhl用界面活化法將煤瀝青和氧化煙煤混合以制中孔含量較高的活性炭；Hanzawaetal用有機氣凝膠炭化、活化法制備了有發(fā)達中孔結(jié)構(gòu)的活性炭氣凝膠；Salvador用超臨界水蒸汽活化法制備了中孔結(jié)構(gòu)較發(fā)達的活性炭，被認為是制備發(fā)達中孔結(jié)構(gòu)活性炭最有前途的方法之一。10.3煤基活性炭材料10.3.3活性炭的應(yīng)用

活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、比表面積高、吸附能力強，是一種優(yōu)良的以含碳物質(zhì)為前軀體的吸附材料。其最初主要用于食品和醫(yī)藥的脫色與除味、防毒面具，目前已發(fā)展到溶劑精制與回收、催化劑或催化劑載體、脫除放射性物質(zhì)、空氣凈化、煙氣脫硫、食品保鮮、醫(yī)藥制品、血液凈化等領(lǐng)域，近年來，隨著活性炭形態(tài)特征（粉、粒、塊、膜、纖維及其織物）的不斷增多和功能特性的不斷改進，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在日益拓寬，其作為催化材料、電子能源材料和生物工程材料等的研究與開發(fā)十分活躍，并已取得較大的進展。10.4煤瀝青基碳纖維10.4.1概述瀝青是由相對分子質(zhì)量為400～600的多種芳烴組成的混合物，具有合適的C/H比，是生產(chǎn)高級炭素材料(如高功率電極用針狀焦和碳纖維)的優(yōu)質(zhì)原料。碳纖維的性能：力學(xué)性能熱學(xué)性能耐化學(xué)性能電性能磁性能中間相理論認為，煤在炭化時，隨著加熱溫度的升高，煤或瀝青首先生成光學(xué)各向同性的膠質(zhì)體，然后在其中出現(xiàn)液晶（又稱中間相），這種液晶在基體中經(jīng)過核晶化、長大、融并、固化的過程，最終生成光學(xué)各向異性的焦炭。液晶是指一些相對分子質(zhì)量較高，分子結(jié)構(gòu)中碳鏈較長的芳烴化合物，它們在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)中間狀態(tài)。10.4煤瀝青基碳纖維10.4.2瀝青基碳纖維的制備精加工：表面氧化處理，上膠處理熔融紡絲不熔化：氧氣氣氛中200～300℃炭化：惰性氣氛中800～1200℃精制或調(diào)制熔融紡絲不熔化：氧氣氣氛中200～300℃活性碳纖維制品制品各向異性瀝青纖維各向異性不熔化纖維各向異性碳纖維各向異性石墨纖維各向同性瀝青煤瀝青，煤液化油中間相各向同性瀝青纖維各向同性不熔化纖維各向同性碳纖維各向同性石墨纖維制品制品炭化或活化：氧氣氣氛中600～1000℃炭化：惰性氣氛中800～1200℃石墨化：惰性氣氛中2000～3000℃石墨化：惰性氣氛中2000～3000℃精加工：表面氧化處理煤瀝青基碳纖維的制備工藝10.4煤瀝青基碳纖維10.4.2瀝青基碳纖維的制備瀝青的調(diào)制—>熔融紡絲—>不熔化處理—>炭化—>石墨化—>后處理瀝青的調(diào)制：各向同性瀝青的調(diào)制：熱處理法；溶劑抽提法；共聚合法；中間相瀝青的調(diào)制：提純和縮聚熔融紡絲：噴射法、離心法、擠壓法不熔化處理：預(yù)氧化，有氣相氧化、液相氧化和混合氧化方法等炭化：惰性氣氛保護下，在800～1200℃溫度下炭化石墨化：惰性氣氛保護下，在2000～3000℃溫度下停留一段時間后處理：表面清潔法、氧化法和表面涂層法等后處理方法，消除碳纖維的表面雜質(zhì)，增加其表面能，并引入具有極性的活性官能團等，以改善碳纖維的表面性質(zhì)制備過程：10.4煤瀝青基碳纖維10.4.3C/C復(fù)合材料C/C復(fù)合材料是以碳纖維（或石墨纖維）及其織物為增強材料，以碳（或石墨）為基體，通過加工、炭化和石墨化處理制成的全碳質(zhì)復(fù)合材料。與碳纖維相比，C/C復(fù)合材料性能更加優(yōu)異。C/C復(fù)合材料的性能：低密度、高模量、高比強度、低熱膨脹、耐高溫、耐沖擊、耐腐蝕及好的吸振性等。

碳含量超過99%密度小，一般在1.40～2.00g/cm3之間抗燒蝕性能好，燒蝕均勻，可承受高達3000℃的高溫耐磨性良好1—3回1—4回1—4回碳纖維紡織物（UD、2D、3D等）熱固化樹脂熱可塑性瀝青烴類氣體固相炭化1000～1500℃液相炭化500～800℃氣相炭化600～1300℃浸漬浸漬機械加工炭化1000～1500℃熱處理1500～2200℃熱處理2200～2750℃熱處理1500～2500℃抗氧化處理C/C復(fù)合材料前軀體纖維母體前軀體工序制品10.4煤瀝青基碳纖維10.4.4C/C復(fù)合材料的制備坯體的選擇致密化處理熱處理后處理10.4煤瀝青基碳纖維

碳纖維及其復(fù)合材料由于其密度小、模量高、強度大、熱膨脹系數(shù)小、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊等性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)、能源、交通及醫(yī)療等領(lǐng)域。其高抗燒蝕性能，使其被應(yīng)用于火箭噴管喉襯、宇宙飛船散熱器、導(dǎo)彈彈頭鼻錐及各種高溫燃燒部件中；其耐磨性使其在剎車制動裝置中得到重要應(yīng)用；其耐高溫性及耐腐蝕性使其可作為內(nèi)襯用于核反應(yīng)堆中。此外，它還可用于制備特殊用途反應(yīng)器及人工骨骼等。10.4.5碳纖維材料的應(yīng)用10.5煤基高分子復(fù)合材料10.5.1概述煤具有一定的溶解性、溶脹性及黏彈性等，可使其作為有機剛性粒子用于聚合物復(fù)合材料；煤表面的官能團和低分子化合物的嵌布及多孔性有利于化學(xué)改性；煤芳香大分子結(jié)構(gòu)的直接利用可避免煤熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程污染，提高煤的利用效率；煤的芳香結(jié)構(gòu)可改善線性聚合物材料的強度和耐熱性。煤制聚合物復(fù)合材料的優(yōu)勢：1.可供利用的煤炭資源可以是閑置粉煤、風(fēng)化煤和高灰煤等；2.煤以有機成分為主，化學(xué)改性容易；3.煤的密度小，與無機礦物填充復(fù)合材料相比，制備同樣體積的復(fù)合材料質(zhì)量更輕，且具有一定價格優(yōu)勢；4.在一些場合可替代價格昂貴的炭黑；5.煤基高分子復(fù)合材料使用后的廢料可以在加熱和加入催化劑等條件下液化，制備合成液體燃料。10.5煤基高分子復(fù)合材料10.5.2制備方法共聚法：共聚是指將兩種或多種化合物在一定條件下聚合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。煤很難直接與其它高分子物質(zhì)進行聚合，往往需要對煤首先進行改性預(yù)處理以增加其與聚合物的相容性。根據(jù)共聚時兩種結(jié)構(gòu)單元在大分子鏈中的排列方式不同，可將共聚分為四類：無規(guī)共聚，交替共聚，嵌段共聚和接枝共聚。無規(guī)共聚：大分子鏈上M1、M2結(jié)構(gòu)單元呈無規(guī)則排列，自由基共聚物大多屬于這一類。交替共聚：大分子鏈M1、M2單元交替排列，即嚴格相間排列。嵌段共聚：大分子鏈?zhǔn)怯奢^長的鏈段M1和另一較長的鏈段M2構(gòu)成，M1、M2成段出現(xiàn)。接枝共聚：共聚物主鏈?zhǔn)怯蓡卧狹1組成，并接枝另一單元M2組成的支鏈。10.5煤基高分子復(fù)合材料10.5.2制備方法共混法：溶液共混法：又稱共溶劑法，是將各高聚物溶解于共同溶劑中再出去溶劑，即得到高聚物共混物。煤基高分子共混物是將高分子聚合物溶于特定的有機溶劑，同時，將粉磨后一定粒度的煤粉分散于特定溶劑中，將兩種溶劑混合澆鑄，得到聚合物薄膜，該共混薄膜可進行后續(xù)摻雜處理得到不同性狀煤基聚合物。也可向溶有高分子聚合物的溶液中直接添加煤粉進行共混處理，從而得到共混物材料。機械共混法：是將各高分子組份在混合設(shè)備如高速混合機、雙輥混煉機、擠出機中均勻混合。機械共混法有干粉共混法和熔融共混法之分。熔融共混法是將煤粉與高分子聚合物同時放入混煉設(shè)備中，在高分子聚合物熔融溫度下進行混煉，即可得到煤/聚合物共混材料。機械熔融共混法被廣泛用于煤-橡膠共混、煤-塑料共混材料的制備中。10.5煤基高分子復(fù)合材料10.5.2制備方法模板聚合法：模板聚合法是高分子單體在具有特定結(jié)構(gòu)的聚合物存在下進行的聚合反應(yīng)，這些特定結(jié)構(gòu)的聚合物對單體的聚合起著模板作用。模板聚合法制備煤基高分子復(fù)合材料主要是以煤的孔隙結(jié)構(gòu)為模板，將高分子單體溶脹到煤的孔隙結(jié)構(gòu)及煤的大分子芳香層片間，再利用引發(fā)劑或一定的聚合方法使單體在煤的孔隙或大分子芳香層片間聚合，從而制備出復(fù)合材料。煤可以作為高分子復(fù)合材料的模板，主要因為煤的如下結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：①煤的芳香層片結(jié)構(gòu)②煤發(fā)達的孔結(jié)構(gòu)③煤的溶脹性能④煤的質(zhì)子酸特性⑤煤的電性質(zhì)

煤粉可以代替或部分代替炭黑作為橡膠配料中的增強填料，從而改變橡膠的力學(xué)性能。也可用于塑料中，制備性能優(yōu)異的復(fù)合材料，如煤/HDPE（高密度聚乙烯）共混材料、煤/PA-6（聚己內(nèi)酰胺）復(fù)合材料、風(fēng)化煤腐植酸/PA-6復(fù)合材料、傅-克烷基化改性煤/聚丙烯復(fù)合材料等都使得原材料的力學(xué)性能有所改觀；將煤粉作為半導(dǎo)體高聚物用于制備導(dǎo)電材料，通過與聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔等高分子聚合物復(fù)合可制備高性能導(dǎo)電材料；采用熔融共混技術(shù)也可將煤粉制備具有抗靜電性能的高聚物材料；通過溶劑共混，將磺化聚苯乙烯高聚物與氧化煤進行共混復(fù)合，可制備具有強/弱酸性混合型離子交換材料。10.5煤基高分子復(fù)合材料10.5.3煤基高分子復(fù)合材料的應(yīng)用10.6煤基電極炭材料10.6.1自焙電極生產(chǎn)鐵合金、電石、黃磷等產(chǎn)品大都采用礦熱爐（電阻爐），電極是礦熱爐的核心部分，電流通過電極輸入爐內(nèi)產(chǎn)生電弧進行冶煉。礦熱爐中通常采用的電極是自焙電極。自焙電極是利用焙煉過程產(chǎn)生的熱量，使裝入鋼制電極殼內(nèi)的電極糊經(jīng)軟化、熔融、燒結(jié)后，形成具有一定機械強度和導(dǎo)電性的炭素材料。電極糊作為自焙電極的主要填料，它是由無煙煤、冶金焦、石墨碎等炭素材料與黏結(jié)劑（如瀝青、煤焦油、蒽油等），經(jīng)過加熱、機械混捏而制成的塊狀物料。礦熱爐在生產(chǎn)過程中，自焙電極會不斷被消耗，同時，依靠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量又不斷進行燒結(jié)，使消耗掉的部分電極得到相應(yīng)補充，維持礦熱熔煉爐長期穩(wěn)定運行。自焙電極應(yīng)該用于礦熱爐，主要是由于其耐高溫性、耐氧化性和導(dǎo)電性。10.6煤基電極炭材料10.6.1自焙電極煤瀝青碎石墨無煙煤焦油或瀝青焦冶金焦或石墨化冶金焦煤焦油預(yù)碎（粒度≤70mm）煅燒（物料溫度≥1250℃）烘干（物料水分≤0.5%）熔化中碎（顆粒純度≥80%）細碎（-0.075mm含量60%～70%）脫水篩分配料產(chǎn)品混捏成型原料主要有顆粒無煙煤，填充料和黏結(jié)劑：1.顆粒無煙煤約占總量的45%～55%；2.填充料一般有粉狀無煙煤，冶金焦，石油焦，石墨等，含量約占總量的25%～30%；3.黏結(jié)劑一般有瀝青、煤焦油、蒽油或其混合物，約占總量的20%～25%。制備工藝流程10.6煤基電極炭材料10.6.2超電電極超電電極主要是指電化學(xué)電容器（electrochemicalcapacitor,EC），它是一種介于二次電池與傳統(tǒng)電容器之前，基于電極/溶液界面的電化學(xué)過程的貯能元件。EC可被用于航空航天，軍事，工業(yè)，民用等領(lǐng)域。它可單獨用于調(diào)整電負荷，貯存電能，也可與燃料電池、太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電、內(nèi)燃機等產(chǎn)生電能的裝置混合使用。活性炭石墨粉混合干燥壓片真空干燥真空浸泡測試溶劑PTFE集電極電解液10.6煤基電極炭材料10.6.2超電電極制作超級電極時，將活性炭粉碎至一定粒度，得到制備電極材料的活性炭樣品。通過添加劑增大活性炭電極的導(dǎo)電性，然后加入聚四氟乙烯（PTFE）作為黏結(jié)劑，加入少量乙醇，將混合物在超聲波中充分混合均勻，最后把烘干的混合料用液壓機以一定壓力壓在集電極上，即制得電化學(xué)電容器電極。

制備工藝流程①活性炭電極的摻雜。即可通過添加石墨、炭黑、中間相炭微球、碳納米管、碳氣凝膠等提高活性炭電極的導(dǎo)電性能；②活性炭的表面改性。即通過表面改性技術(shù)，如液相氧化、氣相氧化、等離子體處理、熱處理等方法，增加活性炭比表面積和空隙率或增加表面官能團的濃度，從而增強其對電解質(zhì)離子的吸附作用，擴大電容量；③電極表面負載金屬及其氧化物?？稍诨钚蕴恐袚诫s釕/鈷/鎳金屬氧化物、二氧化錳、二氧化鈦、氧化銅或金等提高活性炭準(zhǔn)電容；④導(dǎo)電聚合物對電極表面的修飾。通過負載、聚合等方法，將導(dǎo)電聚合物如聚苯胺、聚吡咯等與電極材料結(jié)合，增加電極材料的電容?；钚蕴侩姌O的修飾優(yōu)化：

10.6煤基電極炭材料10.6.2超電電極10.6煤基電極炭材料10.6.3石墨電極

煤基石墨電極主要是以針狀焦為原料，煤瀝青為黏結(jié)劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、成型、焙燒、石墨化、機械加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導(dǎo)體。針狀焦是生產(chǎn)石墨電極的主要原料，它是石墨化程度較高的瀝青焦，可由煤瀝青制備得到。石墨電極與銅電極等其他常用電極相比，電極消耗較小，加工速率快，機械加工性能好，加工精度高，熱變形小，重量輕，表面處理容易，耐高溫，加工溫度高，電極可黏結(jié)。因此，石墨電極被廣泛應(yīng)用于冶金、電爐、電火花加工等領(lǐng)域。10.6煤基電極炭材料10.6.3石墨電極制備工藝流程煅燒粉粒制備（破碎、篩分、磨粉）混合及混捏成型（擠壓、模壓、等靜壓、振動）機械加工產(chǎn)品黏結(jié)劑（煤瀝青）浸漬固體原料配料焙燒石墨化浸漬劑（專用浸漬瀝青）將經(jīng)煅燒除雜、破碎后的不同粒徑原料進行配料處理，以煤瀝青為黏結(jié)劑進行混捏，再經(jīng)成型機成型后焙燒（850～1000℃），同時以浸漬瀝青對焙燒料進行浸漬，再焙燒，以提高產(chǎn)品的體積密度和機械強度，最后經(jīng)石墨化（1700～2400℃）及后續(xù)機械加工得到石墨電極材料。10.7其它煤基材料10.7.1煤基碳納米管碳納米管是晶型碳的同素異性體，是一種巨型富勒烯分子，它是由石墨片卷而成的準(zhǔn)一維管狀材料，直徑很細，處于納米范圍。按照碳納米管的層數(shù)，可將碳納米管分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，其中多壁碳納米管可以理解為由不同直徑的單壁碳納米管套裝而成。碳納米管有著獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，其理論抗拉強度為鋼的100倍，而其密度僅為鋼的1/6，可作為堅韌的納米增強相；根據(jù)其半徑和螺旋角的不同，碳納米管可呈現(xiàn)導(dǎo)體和半導(dǎo)體特性。10.7其它煤基材料10.7.1煤基碳納米管①石墨電弧法：

制備單壁碳納米管的一般工藝為：在石墨棒里鉆一個軸向的孔洞，然后填滿致密的金屬和石墨混合物粉體作為陽極，通過復(fù)合陽極中石墨和金屬的共蒸發(fā)來制備碳納米管，主要應(yīng)用的填充金屬主要是鎳/釔和鈷/鎳催化劑。

制備多壁碳納米管的方法：在真空反應(yīng)室中充入惰性氣體及氫氣，采用較粗大的石墨棒為陰極，較細的石墨棒為陽極，在電弧放電的過程中陽極石墨棒不斷被消耗，同時在石墨陰極上沉積出含有碳納米管的產(chǎn)物。電弧等離子體放電法具有設(shè)備投資低、操作簡單可靠等優(yōu)點，而且所得到的碳納米管的結(jié)構(gòu)規(guī)整，石墨化程度高，結(jié)晶缺陷少，因而受到國內(nèi)外研究者的青睞。制備方法：②烷烴催化裂解法：該法是用金屬及石墨為催化劑，在反應(yīng)器中充入氫氣、氮氣和烷烴氣體，于一定溫度下催化裂解碳氫化合物而得到碳納米管。分解的烷烴氣體可以是乙炔、乙烯、苯蒸汽等，作為催化劑的金屬元素可以是鐵、鈷及鎳等。③激光蒸發(fā)法：在一定條件下，通過脈沖激光、連續(xù)激光或日光照射碳-金屬復(fù)合靶來制備碳納米管。10.7其它煤基材料10.7.1煤基碳納米管制備方法：

與傳統(tǒng)的炭質(zhì)材料相比，碳納米管具有一些獨特的性質(zhì)，如特殊的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能及物理化學(xué)性能等，因此碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來即被引起關(guān)注并廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。根據(jù)碳納米管獨特的一維管狀結(jié)構(gòu)和極大的長徑比可將其制成高效的傳質(zhì)單元；超薄的針形尖端使碳納米管可用作掃描隧道顯微鏡即原子力顯微鏡的探針；極強的場發(fā)射性能，使其有望替代其他電子發(fā)射材料，成為平板顯示器的場發(fā)射陰極材料；碳納米管兼有金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性，是一種理想的電極材料；碳納米管具有較大的比表面積，可用于貯氫、貯能以及吸附劑等領(lǐng)域。10.7其它煤基材料10.7.1煤基碳納米管應(yīng)用：10.7其它煤基材料10.7.2煤基碳分子篩

作為吸附質(zhì)材料，煤基碳分子篩（carbonmolecularsieves，CMS）是一種含有特別發(fā)達的細孔和亞細孔（孔直徑<0.8mm）的碳質(zhì)吸附劑。