萘系沥青悬浮法制备中间相炭微球的研究

摘要

中间相炭微球（MCMB）是一种性能优良的炭材料前驱体，广泛应用于高比表面积活性炭、锂电池负极材料等领域，目前MCMB的制备主要以煤焦油沥青的热聚法为主，这种方法存在着收率低、粒径分布不均匀、分离困难、污染严重等问题，因此选择多种原料、简化工艺、降低成本、提高MCMB质量对推动MCMB发展有重要意义。本文以萘系各向同性沥青为原料，采用悬浮法制备沥青球，然后经氧化不熔化、碳化处理，得到表面光滑、粒径分布均匀的中间相炭微球，并对机理进行探讨。该研究为MCMB的开发提供了新思路，具有一定的学术理论意义和较好的工业应用前景。
　　萘在BF3/HF催化作用下制备出软化点为92.4℃的萘系各向同性沥青，红外光谱、核磁、GC/MS分析表明，萘系沥青中有大量的稠环芳烃、环烷结构和烷基侧链，从而使萘沥青表现出良好的流动性好和较小的粘度，分子结构平面度好，易形成广域有序排列的结构，是良好的中间相前驱体。
　　以萘沥青为原料，采用悬浮法制备沥青球。利用SEM、激光粒度仪对沥青球的形貌和粒径进行分析和表征。结果表明：成球温度为85℃，聚乙烯醇浓度为1.5％，搅拌速度为500rad/min，沥青溶液浓度为12.5%，保温40min条件下制备的沥青球表面光滑，粒径分布均匀。增大聚乙烯醇水溶液浓度和搅拌速度易产生小粒径沥青球，相反，沥青溶液浓度增加制备的沥青球易粘连、粒径较大、粒径分布较宽，保温时间过短容易导致沥青球的粘连不利于后期碳化，成球温度过低或温度过高沥青都不利于形成小尺寸沥青球。
　　采用HNO3、KMnO4对沥青球进行氧化不熔化处理。研究发现KMnO4氧化后沥青球表面出现裂纹，并在碳化后发生融并粘连，65%浓度HNO3氧化4h后的沥青球表面光滑、无裂纹出现，并能在后期碳化过程中保持完好球形。红外分析结果显示沥青球经HNO3氧化处理后引入硝基（-NO2）官能团，官能团强度随氧化时间的增加而增强。TG分析发现随着氧化时间的延长沥青球残炭率逐渐减小，大于未氧化沥青球的残炭率（46.63%）。室温下以4℃/min升温至1000℃保持2h对沥青球进行碳化处理，所得MCMB表面光滑无杂质。提高升温速率到6℃/min时，MCMB发生融并粘连现象，XRD分析表明碳化速率过快，分子间的面间距d002增大，碳化终温升高，分子间的面间距d002减小。碳化后MCMB分子间面间距变小，内部分子排列更为规整，趋于定向排列。

目录

声明

1 绪论

1.1 炭材料概述

1.2中间相炭微球的应用

1.3 中间相的发展及形成理论

1.4 MCMB的制备方法及氧化不熔化方法

1.5 本课题研究内容及创新点

2实验方法与性能表征

2.1 主要的实验材料及仪器

2.2 萘沥青制备工艺

2.3 沥青球的制备方法

2.4 沥青球的氧化不熔化过程

2.5 沥青球的碳化

2.6 实验表征方法

2.7 本章小结

3萘系沥青的制备

3.1 引言

3.2 实验过程

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 沥青球的制备工艺

4.1 前言

4.2 制备沥青球工艺

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 沥青球的氧化不熔化、碳化过程

5.1 引言

5.2 硝酸氧化不熔化、碳化过程

5.3 高锰酸钾氧化、碳化沥青球过程

5.4 碳化过程升温速率的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

个人简历、在学期间发表论文情况

致谢