中等变质程度煤的高值材料化及功能化基础
批准号:
U21A20143
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
高继慧
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2025
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙飞、李路明、王坤芳、吴东阳、王桦、张博然、赵博骏、陈帅
中文摘要
黑龙江中等变质程度煤芳香和脂肪特征并存、分子量适中,既适合热解成气,也适合熔融成液,是制备高值碳材料的理想原料。项目以气、液、固三个视角剥离煤成碳机理的复杂性,在高值化、功能化需求引领下,提出煤基材料分质定向转化的构想和途径:(1)提出将热解气组分分为成碳组分和愈合组分的分子规格化思想及方法,发展煤中芳香组分成碳过程不同尺度缺陷的梯级愈合方法;(2)利用中间相非催化低温石墨化的天然禀赋,发展基于内源或外源共振稳定自由基的中间相均相、异相成核多尺度调控策略,揭示共振稳定自由基对流动性、炭化进程以及成碳品质的全局性调控机制;(3)围绕碳材料从功能到结构的多尺度需求,提出“利用同素异形发展同质异构”的碳材料制备思想,将介观微域结构作为连接微观功能和宏观结构的桥梁,发展基于焦煤同质复合结构的功能畴和结构畴协同构筑方法。上述研究可为中等变质程度煤高值材料化及功能化技术开发提供理论基础。
英文摘要
Medium metamorphic coal in Heilongjiang has both aromatic and fatty characteristics, as well as moderate molecular weight, which is suitable for pyrolysis into gas or melting into liquid. It is an ideal raw material for the preparation of high value carbon materials. This project reveals the complexity of mechanism from coal to coal-derived carbon from three perspectives of gas, liquid and solid phases. Under the guidance of high-value and functionalization demand, the thoughts and approaches of coal-based material quality oriented transformation are put forward: (1) pyrolysis gas components can be divided into carbon-forming component and defect-healing component based on the idea and method of molecular normalization based on which a step-by-step healing method for the defects of different scales in the process of carbon formation from aromatic components can be developed; (2) taking advantage of the natural character of mesophase on non-catalytic graphitization at low temperature, a multi-scale regulation strategy of homogeneous and heterogeneous nucleation of mesophase based on either endogenous or exogenous resonant stabilized radicals can be developed. The global regulation mechanism of resonant stabilized radicals on fluidity, carbonization process and carbonization quality will be elucidated; (3) focusing on the multi-scale demand of carbon materials from function to structure, the idea of “from allotropic to isomeric” is proposed for the preparation of carbon materials. Taking mesoscopic microdomain structure as a bridge connecting micro-function and macro-structure, collaborative construction method of functional domain and structural domain can be propose based on the composite structure of coke and coal. The above research will provide a theoretical basis for the development of high value and functional carbon materials from medium metamorphic coal.
黑龙江中等变质程度煤芳香和脂肪特征并存、分子量适中,既适合热解成气,也适合熔融成液,是制备高值碳材料的理想原料。为充分利用中等变质程度煤原料禀赋,本项目以气、液、固三个视角剥离煤成碳机理复杂性,在高值化、功能化需求引领下,发展了系列煤基材料分质定向转化方法:.(1)针对煤中小分子热解气成碳效率低、品质差的难题,发展了基于快速热解结合模板形貌调控的热解气分子规格化技术。此技术路线将热解气规格化为成碳组分,通过同源异形模板调控沉积组装路径,显著提升沉积成碳效率、改善晶态结构,使制备的煤基储能材料储能密度提升近1倍。.(2)利用中等分子量流动相非催化石墨化天然禀赋,建立了基于内源或外源流动相的成碳品质全局性调控策略。通过强化内源流动相生成或热塑性分子外源添加创制流动相环境,解决了石墨化骨架与多孔结构无法兼顾的难题。所制备的储能碳实现了能量密度、功率密度与循环稳定性协同提升。.(3)围绕碳材料从功能到结构的多尺度调控需求,提出“利用同素异形发展同质异构”的碳材料制备思想。通过微量碱金属催化活化、氧气选择性预刻蚀和机械化学集总调控作用实现功能畴与结构畴协同构筑。所制备的同质异构碳电极,体积能量密度相比常规热转化提升了近3倍。.本项目进一步开展了中试规模验证:煤基分级孔碳中试装置在哈尔滨锅炉厂有限公司建成,额定产量200 kg/d,中试制备的分级孔碳成本仅为商用活性焦的1/3;多孔石墨烯中试产线在华能集团西安热工院建成,额定产量50 kg/d。试制的多孔石墨烯成本相比市售同类产品降低50%。相关成果为中等变质程度煤材料化及功能化开发奠定了技术基础。.本项目发表SCI论文19篇,其中Nature及Cell子刊2篇,影响因子>10论文12篇,被基金委官网及十余个学术公众号报道转载;在项目相关成果支撑下,项目团队获黑龙江省自然科学二等奖、中国动力工程学会青年科技奖,项目骨干孙飞获国家优青项目资助。
中等变质程度煤的高值材料化及功能化基础
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批准号:U21A20143
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项目类别:--
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资助金额:260万元
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批准年份:2021
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负责人:高继慧
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依托单位:
活性焦内SO3/H2SO4极性致迁移及官能团定向分布机制研究
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批准号:51376054
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:高继慧
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依托单位:
钙基吸收剂硫化过程产物层粗糙化定向生长机制研究
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批准号:51176043
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:高继慧
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依托单位:
国内基金
海外基金