2026年 02期
清洁能源中的炭石墨材料
传秀云;谷丽萍;核能是高效稳定的先进清洁能源。本文以熔盐反应堆、高温气冷堆为例，综合分析主要核石墨材料的结构、性能特点。不同的堆型和使用位置对炭材料需求不同：熔盐裂变反应堆需要炭石墨材料，聚变堆则不一定需要。堆芯内、外对炭材料要求不同：堆芯内用于氚捕收的炭材料需满足更高的性能标准；堆芯外用于氚去除的炭材料要求相对低。核石墨废料体量巨大、有放射性，亟需高效处理方法。深入研究核石墨材料对于核能发展至关重要。
球状活性炭在移动床中气固流动特性的模拟及验证
潘品易;刘畅;梁晓怿;针对多级移动床反应器内气量分配问题，对反应器内球状活性炭颗粒与气体的流动行为进行数值模拟和实验验证。采用计算流体力学(CFD)-离散单元法(DEM)耦合的方法，分析反应器内气体在颗粒床层中的流动特性。结果表明：当活性炭颗粒与玻璃壁面间恢复系数设定为0.6、表面能为0.02 J·m-2、静摩擦系数为0.5、动摩擦系数为0.4时模拟结果与实验结果基本吻合，最大相对偏差为11%。在0～60 mL·min-1进气流量范围内，随着进气流量的增大，多级移动床中的气量分配基本不受影响。通过增大多级移动床中上料斗下料管管径，可显著提高上料斗出气流量。验证结果表明料斗下料和气量分配的实验与模拟结果一致性良好。
煤液化减三线油浆超临界萃取组分的性能及分布规律研究
孙鹏飞;刘永;姜浩强;袁成伟;煤液化减三线油浆是制备中间相沥青的优质潜在碳源，对其进行预处理以富集芳烃组分，可显著提升材料利用价值。本文采用超临界萃取切割技术，对煤液化减三线油浆萃取切割，成功分离得到8个窄馏分和1个萃余残渣。通过对萃取组分进行分子量、残炭、族组成、GC-MS等分析，发现萃取组分的基本性质随着萃取率的提高呈现“前轻后重”的规律性变化，其中，切割得到的轻组分几乎不含灰分等杂质，沥青质基本被脱除，芳烃组分显著富集，芳香分含量从原料中的53%提高至74%,结构以3～4环左右芳烃为主。该馏分组成特征优良，可作为制备中间相沥青的优质原料。
PAN基前驱体纤维热反应行为及炭纤维结构调控研究
王宏宝;郭全贵;赵振波;张寿春;苏方远;张兴华;研究了聚丙烯腈(PAN)基前驱体纤维结构差异对其热反应行为，以及炭纤维微观结构与力学性能的影响。采用干喷湿法纺丝制备不同结构PAN基前驱体纤维，通过DSC、FTIR、2D-WAXD、SEM、纳米压痕及单纤维力学测试，系统表征前驱体环化反应特性、化学结构、微晶取向、微观形貌与径向力学分布。结果表明：微晶结构完善、分子链取向较高的前驱体纤维，在热处理过程中环化起始温度与放热峰温度更低、放热焓更高，易引发严重的纤维间熔并与径向结构不均，对应炭纤维拉伸强度与模量仅为637 MPa和145.5 GPa。在上油工序引入硼酸改性，可完全消除纤维熔并现象，显著提升炭纤维径向均质度与微晶取向，且能将前驱体优良结构高效传递至炭纤维。结构规整的前驱体对硼酸更为敏感；当硼酸浓度为0.45%时，炭纤维拉伸强度与模量分别提升423.55%和57.26%。
煤液化沥青族组分的结构及热解特性研究
祁素霞;周星苗;杨桃;宋燕;刘占军;通过对煤液化沥青(CLP,软化点：130℃)的甲苯可溶物(TS)、甲苯不溶-吡啶可溶物(TI-PS)和吡啶不溶物(PI)进行了结构解析，结合计算的平均分子结构参数得到可溶组分的平均分子结构模型；同时，对不同族组分的热解特性和热解气态产物进行了分析。结果表明：TS、TI-PS和PI组分的H/C比和烷基侧链指数RL依次呈减小趋势，芳香度Iar和取代度σ依次增大，分子结构中芳环与烷基侧链共存，分子结构逐渐复杂。TS组分的热解过程分为3个阶段，200～600℃为热裂解缩聚阶段。TI-PS和PI组分热解过程分为4个阶段，其中主要失重的是第二热裂解缩聚阶段。主要热解气态产物是H_2O、CO2、CH4、C2+烷烃和轻质芳烃，族组分不同，其气态产物逸出规律也不同。
基于异质界面调控的Fe_3O4/炭黑复合材料的制备及宽频电磁波吸收性能研究
孙启睿;王永鹏;叶欣;张立群;为开发高效电磁波吸收材料，本研究通过一步水热法制备了Fe_3O4/导电炭黑复合材料，并通过SEM、XRD、Roman、FTIR手段，系统研究了导电炭黑比例对材料结构及吸波性能的影响规律。结果表明，复合材料中Fe_3O4呈均匀分布的微球结构，导电炭黑构成三维导电网络，二者形成丰富的异质界面。随着炭黑含量增加，材料的介电常数显著提升，界面极化与偶极子极化协同作用增强。当Fe_3O4与导电炭黑质量比为30:5时，复合材料在3.5 mm厚度下反射损耗达-41.46 dB,厚度仅为2.0 mm时，有效吸收带宽可高达4.23 GHz。其优异性能源于优化的阻抗匹配、多重极化弛豫及介电/磁损耗的协同机制。
基于FCC油浆调制的不同软化点沥青包覆石墨负极材料的电化学性能研究
黄世伟;朱帅波;王际童;乔文明;张寅旭;随着原油资源的重质化与劣质化，我国催化裂化装置的油浆外排量逐年增加，形成了丰富的资源储备。然而，国内目前主要将催化油浆的应用范围局限于回炼组分或燃料油等低附加值产品上，这极大地限制了其潜在经济价值的实现。催化油浆含有丰富的短侧链芳香烃，但组成复杂，且含有难以去除的固体颗粒。如采用恰当的工艺处理技术，可将其调制成高性能的沥青，使之成为制造高附加值产品的优质前驱体。本研究以催化裂化油浆为原料，经调制所得具有不同的软化点(193～275℃)和高收率(64.2%～71.2%)的石油基沥青，再通过液相包覆的方法改性天然石墨材料。结果表明，采用软化点为275℃的沥青包覆的天然石墨样品表现出最佳的电化学性能，其首次库仑效率由81.59%提高到83.21%,改性后的天然石墨在0.5 C的电流密度下经过250次充放电循环后的容量保持率由未包覆原料的63.14%提高到了85.32%。
松塔炭负载钯催化4-硝基苯酚加氢性能研究
田喜强;董艳萍;王烁程;白晓波;黄守磊;孙宇航;以松塔为生物质原料，通过水热-高温炭化法制备松塔生物质炭，采用浸渍还原法得到松塔炭载钯催化剂。通过XRD、傅里叶红外和SEM手段对催化剂进行表征，研究了松塔炭载Pd催化4-硝基苯酚(4-NP)加氢生成4-氨基苯酚(4-AP)性能，并且考察了载体炭化温度对催化剂性能的影响。实验表明，在4 min内400℃炭化的松塔炭载钯催化剂可将4-NP催化加氢完全转化为4-AP,其催化加氢活性高于300℃和500℃炭化的松塔炭载钯催化剂，具有较好的催化4-NP加氢性能。
空气预氧化对石油焦基钠离子电池负极材料结构的影响研究
刘芳;丁巍;张舒冬;李丽华;宋永一;曲靖雯;蔡海乐;以石油焦为原料，通过空气预氧化处理引入含氧官能团，再经高温炭化制备石油焦基钠离子电池负极材料。通过TG、XPS、XRD、Raman、FTIR、物理吸附等方法进行表征，并结合GCD、EIS等电化学性能测试，分析了空气预氧化对石油焦碳质结构及其储钠性能的影响，提出了空气预氧化过程石油焦组分的衍变规律。结果表明，经工艺优化后的石油焦基钠离子电池负极材料(350℃空气预氧化6 h后800℃炭化),在30 mA/g电流密度下首次放电比容量为452 mAh/g,首周库仑效率62%,相较于未经过空气预氧化的样品，储钠性能实现大幅提升。
炭化-石墨化工艺对威宁无烟煤石墨化及其电化学性能影响
张倩倩;沈利民;孟献梁;杨建国;选取贵州威宁不同灰分无烟煤为原料，系统探索炭化温度对无烟煤石墨化过程及电化学性能的影响。研究结果表明，预炭化对后续石墨化过程有促进作用。在相同石墨化终温下，无烟煤在经过1 600℃保温1 h的炭化工艺后，其石墨化度高达94.18%。与未炭化处理的样品相比，其石墨化度提高了6.97%。在1 400～1 600℃温度区间内，石墨化度随炭化温度的升高而增大。经过1 600℃炭化处理的石墨在0.1 C下的首次可逆比容量达到351.51 mAh/g,比直接石墨化到2 800℃的煤基石墨的首次可逆比容量高出32.95 mAh/g。与直接石墨化的煤基石墨负极材料相比，炭化-石墨化得到的样品的循环性能更稳定。