煤基中间相沥青的制备及其均相结构性能研究

发布时间：2023-03-04 05:45

　　近年来,随着科技的不断发展和进步,许多领域对材料的要求也越来越高,高端炭材料就是其中很重要的一部分。众所周知,中间相沥青是由平面稠环芳烃组成的大分子混合物,具有易取向、易石墨化、成炭率高等优点,是制备多种高端炭材料的优质前驱体。所以研究制备可工业化生产的优质中间相沥青具有重要的科学、实用和战略意义。本论文利用精制煤焦油沥青作为原料,还原氧化石墨烯(reduced grapheneoxide,rGO)和四氢萘(tetrahydronaphthalene,THN)作为添加剂,研究了它们对中间相沥青形成和发展的影响。通过系统的研究来寻找一条最佳的优质中间相沥青制备工艺路线。同时,将所得中间相沥青制备成炭纤维来验证产物的优劣性和工艺的可行性。首先,通过探究实验温度、保温时长以及体系压力对该精制煤焦油沥青热聚合的影响,找到最佳的基础反应工艺。实验过程中,为了降低中间相沥青的制备难度,本研究在每组实验中均引入了 0.01 wt%的rGO作为成核剂来促进中间相沥青的生成。实验结果表明,当热聚合温度为400℃、保温时长为10h、体系压力为2.0MPa时,热解产物具有较高的中间相含量、广域型的偏光织构以...

【文章页数】：86 页

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 中间相沥青的定义及性质
        1.1.1 中间相沥青的定义
        1.1.2 中间相沥青的结构与性质
    1.2 制备中间相沥青的原料
        1.2.1 纯芳烃或混合芳烃
        1.2.2 石油系沥青
        1.2.3 煤焦油沥青
        1.2.4 重质油
    1.3 中间相沥青的制备方法
        1.3.1 直接热缩聚法
        1.3.2 催化热缩聚法
        1.3.3 共炭化法
        1.3.4 其他制备方法
    1.4 中间相沥青的形成和发展机理
        1.4.1 中间相形成和发展机理的传统解释
        1.4.2 “微域构筑”理论
        1.4.3 “颗粒基本单元构筑”理论
    1.5 影响中间相沥青制备的因素
        1.5.1 原料的种类
        1.5.2 反应温度和时间
        1.5.3 反应体系压力
        1.5.4 反应气体环境
        1.5.5 机械搅拌
        1.5.6 添加剂
    1.6 中间相沥青的应用
        1.6.1 中间相沥青基炭纤维
        1.6.2 中间相沥青基泡沫炭
        1.6.3 中间相沥青基针状焦
        1.6.4 中间相沥青基炭微球
    1.7 本课题选题意义及研究内容
        1.7.1 选题目的及意义
        1.7.2 课题研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验仪器设备
    2.3 实验方法及步骤
        2.3.1 中间相沥青的制备
        2.3.2 中间相沥青基炭纤维的制备
    2.4 实验测试与表征
        2.4.1 中间相沥青的光学形貌分析
        2.4.2 软化点测试(SP)
        2.4.3 族组分分析
        2.4.4 元素分析
        2.4.5 灰分测定
        2.4.6 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)
        2.4.7 X-射线衍射分析(XRD)
        2.4.8 热重分析(TGA)
        2.4.9 拉曼光谱分析(Raman)
        2.4.10 化学动力学分析
        2.4.11 扫描电子显微镜(SEM)
        2.4.12 其他测试
第三章 精制煤焦油沥青热缩聚基础工艺研究
    3.1 引言
    3.2 实验方案
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 原料的基本性质
        3.3.2 热缩聚温度对中间相光学织构的影响
        3.3.3 热缩聚温度对热解产物性质的影响
        3.3.4 保温时间对中间相光学织构的影响
        3.3.5 保温时间对热解产物性质的影响
        3.3.6 体系压力对中间相光学织构的影响
        3.3.7 体系压力对热解产物性质的影响
    3.4 本章小结
第四章 rGO对精制煤焦油沥青热缩聚过程的影响
    4.1 引言
    4.2 实验方案
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 热解产物的光学织构
        4.3.2 添加rGO后的热解机理
        4.3.3 热解产物的红外数据分析
        4.3.4 热解产物的XRD数据分析
        4.3.5 热解产物的热稳定性分析
        4.3.6 热解产物的化学动力学分析
    4.4 本章小结
第五章 THN对中间相沥青均相结构及应用的影响
    5.1 引言
    5.2 实验方案
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 THN的添加对热解产物的偏光纹理及结构性能影响
        5.3.2 THN的添加对热解产物的热稳定性影响
        5.3.3 中间相沥青基炭纤维的结构与性能
        5.3.4 中间相沥青的均相结构及其成丝机理
    5.4 本章小结
第六章 总结
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师介绍
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书



本文编号：3753824