【摘 要】
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为了进一步保护生态环境实现可持续发展战略,我国制定了“碳达峰”和“碳中和”的发展目标,体现在碳材料的传统利用基础上推动产业结构调整、淘汰落后产能等。其中以煤为代表的化石燃料的燃烧过程中产生温室气体和有毒有害气体问题尤为突出。因此,在煤作为传统能源燃料的基础上,设计新思路将其转化为高附加值的煤基衍生碳材料是有效解决上述问题的有效方法之一。这与我国既定的新发展理念、高质量发展、生态文明建设有着极高的契
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为了进一步保护生态环境实现可持续发展战略,我国制定了“碳达峰”和“碳中和”的发展目标,体现在碳材料的传统利用基础上推动产业结构调整、淘汰落后产能等。其中以煤为代表的化石燃料的燃烧过程中产生温室气体和有毒有害气体问题尤为突出。因此,在煤作为传统能源燃料的基础上,设计新思路将其转化为高附加值的煤基衍生碳材料是有效解决上述问题的有效方法之一。这与我国既定的新发展理念、高质量发展、生态文明建设有着极高的契合度。另一方面,在信息时代中,各种电子产品的应用在带给人类便捷和高效的同时也带来了各种电磁污染问题,为了应对该问题,各种碳基复合材料也应运而生。基于煤的转化和电磁污染问题,本文以宁夏无烟煤作为碳基体材料,引入了不同类型和含量的钴源,并在不同温度下制备得到了煤基碳/钴基复合材料。研究结果显示,煤基碳/钴基复合材料具有显著的微波吸收性能,在一定程度实现了煤的高效和清洁利用,同时也为微波吸收材料提供了新的研究思路。本文的主要研究结论如下:（1）通过原位反应制备了煤基碳/Co（CBC/Co）复合材料。将无烟煤与六水合氯化钴以不同的比例混合,并加入氢氧化钾进行活化,利用无烟煤加热时产生的还原性气体进行原位反应制备了不同钴添加量的CBC/Co复合材料。研究结果表明,材料表面具有大量的层状纹理,且钴纳米颗粒在复合材料内层和表面均有分布。当无烟煤与六水氯化钴的比例为为1:0.4,反应过程温度为800°C时,CBC/Co复合材料展现出了良好的微波吸收特性。具体地,CBC/Co复合材料在10.48 GHz和15.84 GHz的反射损耗分别为-57.05 d B和-50.35 d B,有效吸收带宽分别为2.8 GHz和4.1 GHz,厚度分别为2.13 mm和1.35 mm。（2）通过低温水热法与热碳化和碱活化相结合的方式法得到煤基碳/Fe Co（CBC/Fe Co）复合材料。首先采用低温水热法制备Fe Co合金,然后将Fe Co置于无烟煤体系中加入氢氧化钾形成无烟煤/Fe Co混合体系,在N2气氛下将无烟煤转化为煤基碳,实现煤基碳与Fe Co合金的复合,并将合金均匀分布到煤基碳中,形成CBC/Fe Co复合材料。整个过程是将无烟煤的碳化和活化同时进行,极大的提高了制备过程的效率。在我们制备的所有CBC/Fe Co样品中,在过程温度为800°C,Fe Co合金的添加量为0.3 g的样品展现出优于其他比例和温度的微波吸收性能。CBC/Fe Co复合材料在8.96 GHz和16.80 GHz展现出的最小反射损耗值,分别为-49.82 d B和-60.81 d B,厚度仅为2.45 mm和1.38 mm。（3）通过原位反应制备了煤基碳/Co/Co7Fe3（CBC/Co/Co7Fe3）复合材料。以无烟煤为碳源,七水硫酸亚铁和六水氯化钴比例为1:3,煤在高热无氧条件下产生的还原性气体会将铁源和钴源还原成Co7Fe3和Co磁性粒子,可以很好的实现介电和磁性的协同作用。这项工作探究了不同温度下CBC/Co/Co7Fe3电磁参数和微波吸收性能。研究结果表明,CBC/Co/Co7Fe3复合材料在样品中观察到石墨烯的结构,这可能是煤基碳在高温下发生了石墨化,通过拉曼光谱分析也进一步表明,材料随温度上升石墨化的程度也增大。特别地,在850°C下制备的样品具有最佳的微波吸收性能,即在3.31 mm和2.41 mm厚度下的反射损耗分别为-68.73 d B和-51.85d B,分别覆盖C波段和X波段。特别的为了验证在比例下的材料具有最佳的微波性能,我们又添加了在850°C铁源和钴源的比例为1:2和1:4实验验证,结果更进一步说明在铁源和钴源的比例为1:3,以850°C的过程温度进行碳化和活化的样品展现优异的微波吸收性能。以煤为原料引入磁性粒子制备煤基复合材料,既实现了煤的转化清洁利用,又展现了在微波吸收的应用潜力。图[48]表[13]参[160]
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