Zn-Mg-Al-LDHs-神府煤復合材料結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、以煤炭自燃防治材料和新型無鹵阻燃材料的制備及應用為背景，基于煤特殊的微納米孔隙結(jié)構(gòu)和官能團結(jié)構(gòu)特征，借鑒鋅鎂鋁層狀雙氫氧化物（Zn/Mg/Al-LDHs）的制備方法及影響因素研究，探討了Zn/Mg/Al-LDHs/神府煤復合材料（CLCs）的制備方法、結(jié)構(gòu)及性能。研究成果對新型礦物功能材料制備及應用具有重要的理論意義和應用價值。
　　通過FTIR、XRD、GC-MS和低溫氮氣吸附等手段，系統(tǒng)研究了低溫氧化對神府煤（SFC）腐植酸產(chǎn)

2、率及其各級分腐植酸分布的影響，以及低溫氧化、脫灰及脫腐植酸等預處理對SFC孔結(jié)構(gòu)分布的影響。結(jié)果表明，氧化SFC的總腐植酸產(chǎn)率隨著氧化溫度的升高及氧化時間的延長而迅速增加。預處理SFC中的黑腐酸產(chǎn)率最高，其次為棕腐酸，黃腐酸產(chǎn)率最低。預處理SFC的中孔增加、比表面積減小。
　　用共沉淀法制備了Zn/Mg/Al-LDHs。通過XRD、FTIR、SEM和TG-DSC分析研究了金屬離子比例、陰離子（煤基腐植酸及其不同級分）種類、以及微波

3、和超聲強化方式等對Zn/Mg/Al-LDHs組成、結(jié)構(gòu)和熱性能等的影響。結(jié)果表明，腐植酸在水滑石層板表面的絡合及吸附作用誘導Zn/Mg/Al-CO3-LDHs層板沿著腐植酸的表面彎曲生長，從而形成球形團簇狀Zn/Mg/Al-HAs-LDHs復合材料。微波、超聲輔助共沉淀法可提高Zn/Mg/Al-LDHs晶體顆粒的均勻性、使粒徑減小、團聚降低。Zn/Mg/Al-LDHs的熱穩(wěn)定性與其中的金屬元素的比例有關，鎂離子增加時熱穩(wěn)定性降低，吸熱分

4、解溫度范圍變寬。
　　采用原位共沉淀法方法合成了CLCs。CLCs的結(jié)晶度隨SFC的質(zhì)量分數(shù)的增加而降低。結(jié)果表明，改變煤低溫氧化溫度及LDHs的晶化時間，可對CLCs表面Zn/Mg/Al-LDHs的形貌進行調(diào)控，其調(diào)控機理為煤表面官能團對金屬離子絡合與孔道吸附之間耦合作用。
　　采用TG-DSC熱分析方法，系統(tǒng)研究LDHs-煤復配材料及CLCs的熱性能，探討CLCs的煤自燃防治性能。結(jié)果表明，當Zn2Al1-CO3-LDH

5、s、Mg2Al1-CO3-LDHs、Zn1Mg1Al1-CO3-LDHs以物理混合方式加入SFC，添加量分別為3％、5%和15%時，SFC自燃臨界溫度較高。當Zn1Mg2Al1-CO3-LDHs以納米纖維狀復合分散于SFC時，預防煤炭自燃效果最好，這主要歸因于在煤炭自燃過程中，CLCs可形成致密的金屬氧化物-碳（LDOs-C）阻隔層。Zn/Mg/Al-LDHs和CLCs預防煤炭自燃的機理為煤低溫氧化放熱過程與LDHs和CLCs吸熱分解過