煤基高品质沥青的制备及应用研究

发布时间：2020-04-17 22:58

【摘要】：高软化点沥青,特别是高软化点中间相沥青具有残炭率高和易加工等特点,被公认为是很多高性能材料的前驱体,广泛应用于锂电负极材料和高性能碳纤维等领域。本文提出以新疆煤沥青为原料,通过溴自由基诱导法来制备高软化点中间相沥青。本文的主要结论如下:(1)相对于煤沥青R1来说,精制煤沥青R2和R3更适合作为本实验制备中间相沥青的原料。比较R2和R3不同溴化样品的偏光照片和XRD结果知:R2和R3的最佳溴的引入量分别为15%和10%,记为R2-15%和R3-10%。R2-15%和R3-10%在不同温度(250-350℃)和时间(6-12 h)条件下的脱溴样品进行热重TG、软化点、元素分析、族组成、1H-NMR、粘温性能等分析结果表明:R2-15%经350 ℃热处理6h便可完全脱除溴,得到软化点为246 ℃和残炭率为55.2%的脱溴沥青,R3-10%经350 ℃热处理6 h可得到软化点为257 ℃和残炭率为63.6%的脱溴沥青。比较脱溴沥青与热聚合沥青的物性参数,表明溴的引入显著提高煤沥青的软化点和残炭率。粘度-温度曲线表明脱溴沥青R2-1 5%-350-6h和R3-10%-350-6h具有良好的纺丝性。(2)脱溴沥青经过预氧化和碳化,制备出脱溴沥青基锂离子电负极材料。通过对负极材料的结构表征发现,负极材料具有比表面积小、石墨化程度低和无序度高等典型硬碳负极材料的特征。材料电化学性能表明,随着预氧化温度的升高,材料首次放电容量不断增大。但是过量氧的引入会导致材料的首次库伦效率降低。其中,DR2-2900D-1000首次充电容量达500.9 mAh g-1,首次库伦效率为64.7%。DR3-2700D-1000首次充电容量达420.5 mAh g-1,首次库伦效率为63.8%。
【图文】：

特殊功能材料,煤沥青,蒽油,炭材料

机、播放机等电子设备；结构材料主要用作各式各样的炉体耐火材料、军事和民工领域逡逑的耐温耐腐蚀材料；特殊功能材料主要是一些可以用于医药行业的吸附材料、各类石墨逡逑以及一些复合材料等，如图１．１所示：逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑ｍ逡逑图１．１炭材料应用领域：Ｕ）导电材料；（ｂ）结构材料；（ｃ）特殊功能材料逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ：邋（ａ）邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ；邋（ｂ）邋ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ；逡逑（ｃ）邋ｓｐｅｃｉａｌ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑目前，碳材料生产所用的原料有很多，像煤沥青、蒽油、石油焦、沥青焦、硬脂酸、逡逑有机聚合物等原料。其中煤沥青是一种应用非常广的炭材料前驱体，由于煤沥青是从煤逡逑焦油蒸提馏后的残留物，含碳量高，性质稳定，，因此应用广泛。当前煤沥青可以作为很逡逑多功能性材料的前驱体，像粘结剂、浸渍剂、针状焦、中间相沥青、高性能碳纤维、沥逡逑

中间相沥青,中间相,碳分,各向同性

液态转化的过程中具有有序取向的流体称之为液晶，即中间相。中间相即液晶可以通过逡逑偏光显微镜来观察，由于晶体中的分子各向异性有序取向，因此当偏振光通过晶体时，逡逑可以观察到不同的纹理，如图１．２所示。逡逑■逡逑图１．２中间相的偏光显微图片逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｍｅｓｏｐｈａｓｅ逡逑通常把物质中的碳分为各向同性碳和各向异性碳，其中中间相沥青中的碳是各向异逡逑性碳，属于炭质中间相，一般来说，直径为０．６－１．５邋ｎｍ的芳香族单元通过苯基－苯基或亚逡逑甲基桥连接，得到４００－４０００分子量的盘状或棒状阵列排列的稠环芳烃成即为中间相沥逡逑青。中间相沥青组分的宽分子量分布对液晶的性质是重要的，因为较大分子之间通过Ｐ－逡逑ｐ相互作用有序堆积较小分子，这些较小的分子可以使中间相沥青具有一定的可溶性。逡逑图１．３是根据中间相沥青的结构提出的Ｓｐｉｄｅｒ邋Ｗｅｄｇｅ模型［２］。逡逑
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ522.65

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