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多孔炭作为一种多孔性含碳物质,因具有特殊的孔结构、较高的比表面积、优良的机械性能等优点而被广泛应用于化工、机械、电子、环保、催化等领域。在较高温度下,多孔炭易被氧化,因此,抗氧化性的大小很大程度上制约着多孔炭在高温领域的应用。提高多孔炭的抗氧化性己成为炭材料领域研究的热点之一。
为提高多孔炭在高温下的抗氧化性能,分别对多孔炭进行固体渗硼、浸渍法硼磷共渗和水热法硼磷共渗处理。采用X射线衍射仪、能量色散谱仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电镜、氮气吸附仪及热重仪等对渗硼前后多孔炭进行了研究和表征。
研究结果表明,渗硼后多孔炭的抗氧化能力显著提高,并且多孔炭的组成和微观结构随之发生相应变化。固体渗硼时,以碳化硼和氧化硼为渗硼剂均能显著提高煤基多孔炭的抗氧化性,明显降低其在较高温度下的氧化失重率。渗硼剂用量为15wt%,热处理温度为900℃,热处理时间为10h时,固体渗硼能使煤基多孔炭的氧化失重率由67.7%下降至16.8%。浸渍法硼磷共渗时,供硼剂为氧化硼,溶剂为磷酸,最佳工艺参数:氧化硼的质量分数为14%,室温下浸渍96h,浸渍法硼磷共渗能使煤基多孔炭的氧化失重率由67.7%下降至18.2%。水热法硼磷共渗时,供硼剂为氧化硼,溶剂为磷酸,最佳工艺参数为:氧化硼的质量分数为21%,水热反应条件是200℃×96h,水热法硼磷共渗能使煤基多孔炭的氧化失重率由67.7%下降至4.9%,不同碱炭比的石油焦基多孔炭失重率由90%以上下降至5-20%,椰壳基多孔炭氧化失重率由65.5%下降至9.2%。
对比不同渗硼方法可知,固体渗硼、浸渍法硼磷共渗、水热法硼磷共渗均能提高多孔炭的抗氧化性,但水热法硼磷共渗效果最为显著,且对煤基、石油焦基、椰壳基多孔炭都适用。渗硼方式对多孔炭的孔结构有明显影响。固体渗硼使多孔炭的比表面积降低,孔容减小;浸渍法硼磷共渗对多孔炭的比表面积及孔容影响不明显;水热法硼磷共渗可使多孔炭的比表面积升高,孔容增加,并对多孔炭的孔分布有一定影响。