Zn-Mg-Al-LDHs-神府煤復(fù)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(yīng)用為背景，基于煤特殊的微納米孔隙結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)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(fù)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(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)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(yù)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(yù)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(yù)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(qiáng)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(luò)合及吸附作用誘導(dǎo)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(tuán)簇狀Zn/Mg/Al-HAs-LDHs復(fù)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(tuán)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(guān)，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?jǐn)?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(jìn)行調(diào)控，其調(diào)控機(jī)理為煤表面官能團(tuán)對金屬離子絡(luò)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(fù)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(dāng)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(dāng)Zn1Mg2Al1-CO3-LDHs以納米纖維狀復(fù)合分散于SFC時，預(yù)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(yù)防煤炭自燃的機(jī)理為煤低溫氧化放熱過程與LDHs和CLCs吸熱分解過