项目名称: 沥青烯基纳米片状多孔炭可控合成及气体吸附分离研究

项目编号: No.U1510122

项目类型: 联合基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 申文忠

作者单位: 中国科学院山西煤炭化学研究所

项目金额: 59万元

中文摘要: 纳米片状多孔炭材料在吸附分离、能源储存与转化、催化反应等领域具有重要的理论和应用价值,其结构设计与合成是一个挑战性的课题。本项目探索沥青烯基纳米片状多孔炭材料的合成、形貌设计、孔道结构和表面化学的控制。针对煤焦油中沥青烯的清洁高效利用,拟以煤焦油中沥青烯为碳源,根据其分子结构和组成特点,通过酸催化实现其定向聚合,去除溶剂时通过其表面官能团之间的氢键、酸碱作用自组装为纳米片状复合物;理解沥青烯聚合机理,研究沥青烯结构、聚合反应对沥青烯基多孔炭成孔过程和形貌的影响规律;通过调节反应条件,酸催化剂种类和用量以及后期炭化活化处理,得到孔道结构可控的沥青烯基纳米片状多孔炭;在沥青烯聚合体系或炭化过程引入含氮化物,并实现含氮官能团种类和含量的调节,调控炭材料的表面化学;研究沥青烯基纳米片状多孔炭用于气体吸附分离的性能,揭示纳米片状多孔炭孔道结构、表面化学性质和形貌与应用性能之间的关系。

中文关键词: 多孔碳;层次孔结构;吸附;催化

英文摘要: Porous carbon nanosheets showed important theoretical and practical value in the fields of adsorption/separation, energy storage/conversion, and catalytic reaction; the designing and synthesis of carbon nanosheets is a challenging topic. The aim of this project tries to synthesize asphaltene-based porous carbon nanosheet, design morphology, control pore structure and surface chemical property of porous carbon nanosheet. For clean and efficient utilization of asphaltene in coal tar, it will be selected as carbon resource to synthesize porous carbon nanosheet. The acid catalytic polymeric mechanism of asphaltene will be illustrated according to its molecule structure and chemical composition, and the hydrogen bond and acid-base interaction between asphaltene polymer molecules, asphaltene polymer with solvent molecules will be investigated self-assembly of asphaltene polymer to form nanosheet composition during solvent removing. The polymerization mechanism of asphaltene and the oriental self-assembly of asphaltene polymer to nanosheet will be clarified. The effect of asphaltene property and polymerization reaction on the pore structure and morphology of asphaltene-based porous carbon nanosheet will be systemically investigated. The nanosheet and pore structure could be tuned by adjusting the polymerization reaction conditions, acid catalyst type and carbonization-activation process. The types and amount of nitrogen-containing groups incorporated into porous carbon nanosheet will be achieved through introducing nitrogen compounds during polymerization or carbonization processes. The gas adsorption separation performance of asphaltene-based porous carbon nanosheet will be explored to reveal the relationship of morphology, pore structure and surface chemical composition with its applying property.

英文关键词: porous carbon;hierarchical porous structure;adsorption;catalysis

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