摘要
随着全球能源需求量的不断增长和化石燃料资源储量的不断减少，目前，一种替代能源—油页岩资源，由于储量丰富、含油率高而受到广泛关注。油页岩是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，属于非常规油气资源，可以通过干馏、分馏步骤得到石油气等常用油。然而，在干馏炼油过程中，大量副产品—油页岩半焦废料的伴随产生且当前无法完全处理，这对环境和健康造成了极大的危害。这一问题在一定程度上限制了油页岩的良性循环发展。基于此，本文主要通过对油页岩半焦的研究分析，探究了从油页岩半焦中提取白炭黑并将油页岩半焦应用于保水材料的方法。主要内容和结果如下： 1、以油页岩半焦为原料，采用煅烧活化、二次碱融煅烧、高温水溶解等步骤干法提取出高结晶性、高纯白炭黑。所制备的白炭黑呈现较为均一的球状形态，直径大约为100~150nm。通过单因素法探究了实验条件对白炭黑产率的影响，得到最佳的制备条件为：一次煅烧温度为700℃，一次煅烧产物和NaOH的混合比例为1∶2，二次煅烧温度为500℃（煅烧时间为60min），溶解温度为80℃。白炭黑的产率为40%。此外，所制备的白炭黑的白度为92.8，高于普通商业白炭黑（87.3）。相比于气相法、沉淀法等传统制备方法，干法制备白炭黑具有工艺简单、原料价格低廉且来源广泛等优点，为油页岩半焦废料的循环再利用提供了一种简单、可行的方式。 2、在干法提取油页岩半焦中白炭黑的基础上，对提取方法进行了改进，以油页岩半焦为原料，通过酸溶除杂、碱浸转化、加酸调节浸出液的pH值等步骤湿法制备了高纯度、高白度的无定形白炭黑。湿法所制备的白炭黑呈现大小均匀的球状形态，直径大约为200nm。通过单因素法探究了最佳制备条件为：硫酸浓度为7M，氢氧化钠溶液和酸浸物的液固比为3∶1，酸浸温度是120℃，碱浸浓度为8M，碱浸温度为120℃，碱浸时间为4h。白炭黑的产率为65%。实验结果表明，湿法所制备的产物为非晶态白炭黑且白度提高到94.2，远优于商业白炭黑的白度（87.3），且也优于使用干法制备所得的白炭黑的白度（92.8）。 3、以油页岩半焦（SC）作为无机填料添加到羧甲基纤维素钠-接枝-聚（丙烯酸-共聚-2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸）（CMC-g-P(AA-co-AMPS)）复合吸水材料中，制备得到CMC-g-P(AA-co-AMPS)/SC无机复合吸水材料。通过单因素实验探究了实验参数对复合材料吸水（盐）性的影响。结果表明，优化后的CMC-g-P(AA-co-AMPS)/SC材料在蒸馏水、自来水和0.9wt%NaCl中最佳的吸水性分别为1189g/g、190g/g和93g/g，且在蒸馏水中反复溶胀5次后吸水量仍然保持初始值的41%，表现出良好的再溶胀能力。此外，当复合材料在30℃恒温14h后其保水率为初始值的56%，表现出良好的保水能力。这种制备方式改善了材料吸水性能的同时降低了成本。复合吸水材料的成功制备也扩展了半焦的应用范围，为半焦的进一步广泛应用提供了思路。
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