木質(zhì)素高溫催化炭化及導(dǎo)電炭形成.pdf

1、電磁輻射是全球第四大污染，在軍事上采用的電磁屏蔽材料多以金屬為主，由于昂貴、密度大、附著性不好等諸多不足很難大規(guī)模使用。生物質(zhì)焦炭由于導(dǎo)電性而被廣泛關(guān)注，其導(dǎo)電性能高，輕質(zhì)而且成本低廉，適合作為新型電磁屏蔽材料。生物質(zhì)中主要成分木質(zhì)素是生物質(zhì)焦炭的主要來源，也是造紙黑液中的主要成分。本文以木質(zhì)素為研究對(duì)象，研究了木質(zhì)素的催化炭化過程，討論了高性能導(dǎo)電炭的制備途徑；利用各種分析儀器，探討了焦炭電阻率變化的主要影響因素，分析了焦炭形成過程中

2、官能團(tuán)的演變。為木質(zhì)素黑液的高品位利用提供新思路。
　　炭化溫度是影響焦炭電阻率的一個(gè)重要因素，在900℃之前焦炭電阻率下降很快，其焦炭導(dǎo)電機(jī)理主要為離子導(dǎo)電，900℃以后焦炭電阻率下降緩慢，這是由于焦炭石墨化過程較為緩慢。催化炭化可以有效降低焦炭電阻率，試驗(yàn)結(jié)果表明焦炭與Fe2O3的添加比例為100:10、Ni2O3添加比例在100:2左右為這兩種催化劑的最佳工況；在不同的鐵基催化劑中，催化劑效果排序?yàn)镕e>Fe2O3>Fe3O

3、4>鐵礦。
　　熱重紅外聯(lián)用試驗(yàn)表明，木質(zhì)素炭化主要分為三個(gè)階段，而催化熱解的熱解曲線由于催化劑的存在激化了木質(zhì)素的熱解將木質(zhì)素?zé)峤鈺r(shí)的兩個(gè)明顯熱解峰融合成一個(gè)大的熱解階段。利用紅外光譜對(duì)焦炭表面官能團(tuán)進(jìn)行分析，研究表明：木質(zhì)素焦炭隨著熱解溫度的升高，各個(gè)官能團(tuán)特征峰強(qiáng)度大幅下降。500℃時(shí)脂肪族羥基全部分解，800℃時(shí)苯環(huán)幾乎完全解鏈。催化熱解焦炭的紅外光譜圖中，400℃低溫炭中C-H鍵特征峰強(qiáng)度大，可以解釋在催化炭化前期產(chǎn)生的

4、大量碳?xì)浠衔铩Ｓ捎贔e的析氧作用，800℃時(shí)C-O伸縮振動(dòng)峰已經(jīng)消失。不對(duì)稱C-H鍵特征峰強(qiáng)度在500℃達(dá)到最大，其后不斷減弱，產(chǎn)生了CH4等碳?xì)浠衔?。?00℃后木質(zhì)素催化熱解焦炭和熱解焦炭的紅外變化相似，炭化溫度在1000℃后紅外曲線趨于平整，形成的芳香烴平面介于無定型結(jié)構(gòu)和石墨結(jié)構(gòu)之間，這種近石墨化的“亂層結(jié)構(gòu)”會(huì)使木質(zhì)素焦炭導(dǎo)電性增強(qiáng)。
　　拉曼光譜分析表明，催化炭化導(dǎo)電焦炭的D、G峰強(qiáng)度都比空白木質(zhì)素炭化焦炭高，說明