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在“双碳”战略和国际社会煤炭清洁化利用的大背景下,在环境保护和生活质量迈入新高度的今天,煤炭势必要由燃料向炭材料转型,煤制活性炭是其中一项重要选择。煤基超细活性炭因其一系列卓著特性引起关注,但关于煤基超细活性炭的制备方面的研究报道却鲜少见。本文以宁夏无烟煤为研究对象,采用基于层次分析法的模糊评价模型获得超细粉碎的最佳工艺条件,通过机械-化学法制备前驱体,继而一步法制得煤基超细活性炭,对煤基超细活性炭制备过程中微结构的演化和吸附亚甲基蓝的机理进行了深入研究,为煤基超细活性炭的制备提供新方法及后期改性提供理论基础。基于层次分析法的模糊综合评价模型的无烟煤行星球磨超细粉碎研究表明,在粉碎动力学数据基础上,通过“绘图”、“变量互换并建模”、“归一化”和“完善”四个步骤构建得到最大颗粒粒径的新隶属函数,能较好反映指标的实际变化情况。最佳超细粉碎工艺为转速250rpm、介质比表面积85.34m2/kg、浓度0.8g/mL,重要性排序依次为浓度、转速、介质比表面积。超细粉碎过程符合n阶动力学模型,粉碎过程中存在团聚现象,也发生机械力化学作用。机械-化学法制备煤基超细活性炭的研究表明,炭化活化过程的最佳条件为:升温速率7℃/min、炭化温度650℃、炭化2 h、KOH与原煤的质量比（简称:KOH:C质量比）1.5、活化温度850℃、活化时间1.5h,此条件下得到的超细活性炭,比同等条件下先制备颗粒活性炭然后再粉碎得到的超细活性炭,亚甲基蓝的吸附量增加94.08 mg/g。随着KOH:C质量比增加,煤基超细活性炭的富氧程度先增加后下降,芳香层片的定向程度逐渐增加后下降,无定形碳含量变化规律不明显,介孔及大孔总体积总体上呈现先增大后减小,介孔孔径分布分形维数先减小后增大,多点BET 比表面积逐渐增大,吸附量先增加后减少。活化温度逐渐提升,含氧官能团、介孔孔径分布分形维数变化规律不明显,芳香片层的定向程度越来越好,无定形碳的含量逐渐减少,但温度过高则会造成有序碳被侵蚀,介孔及大孔总体积先上升后下降,吸附量先增加后稍有下降。活化时间越长,介孔及大孔容积逐渐增加,介孔孔径分布分形维数先减小后增加,吸附量逐渐增加后稍有下降。活化1h及以上时间的煤基超细活性炭的芳香片间的层间间距接近于纯石墨的0.34nm。活化反应较快,活化0.5 h,产物多点BET 比表面积即可达到最大值的90.58%。煤基超细活性炭制备过程的微结构演化研究表明,KOH有助于粉碎产物粒度向更小粒级演化,且具有一定降灰作用,过程中仍存在“团聚”。前驱体芳香片层的层间间距增加,叠层中的平均芳香层数减少,为KOH插入到碳层中提供有利条件,富氧程度增加,提供更多活性位点,均有利于制备更多孔隙的超细活性炭。整个制备过程中,孔隙量先减少后呈数量级式上升,富氧程度先稍微增加后大增。无定形碳逐渐演化为石墨型碳,杂化碳结构的缺陷逐渐减少。苯环取代向多取代演化,自缔合-OH形成的氢键逐渐减少。吸附亚甲基蓝的实验研究表明,煤基超细活性炭吸附亚甲基蓝分子属于物理化学吸附,过程中发生毛细凝聚现象,遵循Bangham动力学模型和Langmuir-Freundlich吸附等温线模型。亚甲基蓝分子与超细活性炭表面不同苯环取代发生π-π共轭作用,与羟基OH发生氢键作用,与羧基发生静电作用,并以N原子为触点吸附于活性炭表面。吸附量与多点BET比表面积和介孔孔径分布分形维数呈多元线性关系。吸附亚甲基蓝的分子模拟研究表明,孔道表面6A附近出现吸附浓度的峰值,孔道中空区域的吸附浓度约为峰值的2/5～1/3,羟基、羧基均对亚甲基蓝分子有吸附作用,且羧基吸附作用更强;吸附过程中,范德华力起主导作用,其贡献>60%;相比于羟基模型,羧基模型对亚甲基蓝分子的吸附中静电力的贡献比例更大。综上,运用粉碎动力学数据构建新隶属函数,继而通过AHP-FUZZY模型进行超细粉碎工艺优化,运用机械-化学法制备得到煤基超细活性炭,并探索不同因素对产品性能、结构的影响,从物理、化学两方面分析无烟煤到前驱体、超细活性炭的微结构演化,在实验和分子模拟两方面,揭示煤基超细活性炭吸附亚甲基蓝分子的机理,为煤基超细活性炭的制备提供新思路,也为其改性、改良提供理论依据和参考。图[88]表[46]参[198]