水性中间相沥青的制备研究

以煤焦油沥青为原料,以浓硫酸和浓硝酸为氧化剂,可得到易溶于碱性水溶液的水性中间相沥青。详细考察了沥青氧化条件对水性中间相沥青收率的影响,以及水性中间相沥青的元素和官能团组成。结果发现,反应温度、浓硫酸和浓硝酸的比例对水性中间相沥青收率影响存在一优化值,而反应时间、浓硫酸和浓硝酸的用量对水性中间相沥青收率先是线性的,当达到一定值后水性中间相沥青的收纺基本恒定。水性中间相沥青的组成是复杂的,根据其中化合物含氧官能团的数量和性质,它们可分别在不同pH值条件下制备而得。     

从煤焦油软沥青和苯基硅烷制备硅取代聚芳烃中间相的研究

过滤后的煤焦油沥青分别与一,二,三,四苯基硅烷在1MPa氩气气氛和420℃～460℃温度下共炭化,合成了硅取代聚芳烃中间相。在四种合成中间相中,元素硅的起始加入量均为2%。测定了裂解残留物和硅的收率、可溶性、玻璃转化温度以及裂解残留物的炭收率;并分别以偏光显微镜和电子探针微分析法考察了残留物的微结构和相应的硅分布,硅的收率取决于不同的苯取代硅烷的挥发性和反应性。裂解残留物显示出三种不同的共存相:(a)含有粗镶嵌织构和痕量硅的光学各向异性相;(b)硅含量较高的光学各向同性相;(c)含细镶嵌织构和中等硅含量的光学各向异性相。最后这种中间相主要来自二,三苯取代硅烷与煤沥青的共炭化,是由于硅取代聚芳烃中碳原子并破坏了其分子的平面结构而引起的。     

空气氧化法制备的煤焦油沥青的性质研究

以经过闪蒸净化除去一次ＱＩ的煤焦油为原料,在常压下２２０℃～４００℃范围内通过空气氧化制备一定软化点范围的沥青,考察了反应温度、空气氧化时间、空气流量对沥青性质和结构的影响。结果表明空气氧化可有效提高煤焦油软化点、分子量和制取完全各向同性沥青。将氧化尖青进一步在４００℃,Ｎ２保护下停留６００ｍｉｍ进行常压热缩聚后,所得产物在热台显微镜室温～６００℃下观察发现在各向同性基质中有中７间相小球产生,且随     

石油沥青制备中间相沥青

研究了以兰化产石油沥青为原料制备中间相沥青的反应条件。借助红外分析探讨了反应时间、反应温度对制备中间相沥青反应历程的影响 ,确定了较为合适的反应条件 :1)反应温度在 370 - 380℃范围较合适 ;2 )若反应在相对较低的温度 370℃下进行 ,反应时间应在 2 6小时以上 ;3)若反应在 380℃下进行 ,反应时间应为 8- 16小时     

从煤焦油软沥青和苯基本原则硅烷制备取代聚芳烃中间相的研究

过滤后的煤焦油沥青分别与一、二、三、四苯基硅烷在1MPa氩气气氛和420℃～460℃温度下共碳化，合成了硅取代聚芳烃中间相，在四种合成中间相中，元素硅的起始加入量均为2%，测定了裂解残留物和硅的收率，可溶性，玻璃转代温度以及裂解残留物的炭收率；并分别以偏光显微镜和电子探针微分析法考察了残留物的微结构和相应的硅分布，硅的收率取决于不同的苯取代硅烷的挥发性和反应性。裂解残留物显示出三种不同的共存相：（a）含有粗镶嵌织构和痕量硅的光学各向异性相；(b）硅含量较高的光学各向同性相；(c）含细镶岩织构和中等硅含量的光学各向异性相。最后这种中间相主要来自二，三苯取代硅烷与煤沥青的共炭化，是由于硅取代聚芳烃中碳原子并破坏了其分子的平面结构而引起的。     

用于高性能碳纤维的中间相沥青

用溶剂分离法制备适用于高性能碳纤维的中间相沥青。从加氢煤焦油沥青的丙酮不溶份,可得到具有可纺性良好的中间相沥青。从这种沥青得到的碳纤维要比按常规的热处理方法得到的碳纤维显示出更好的性能。碳纤维的抗拉强度大于4.5GPa,弹性模量大于600GPa。用元素分析、溶剂抽提分析、红外光谱仪来检测由溶剂分离法制得的中间相沥青(SFMP)与由常规的热处理法制得的中间相沥青(HTMP)之间的差别,也可以用偏光显微镜和~(13)C-核磁共振仪来估测SFMP和HTMP中的中间相(定向分子)含量。元素分析、溶剂抽提分析、红外光谱仪的结果表明,SFMP的脂肪族结构高于HTMP,并认为HTMP比SFMP含有较高分子量的组分。用偏光显微镜估测两种沥青的中间相含量均接近100%,但是对于SFMP在~(13)-CNMR中的中间相信号强度高于HTMP。     

中间相沥青基条形炭纤维的制备与性能

用石油系和萘系中间相沥青熔融纺制条形纤维，经不熔化与炭化处理后，制成条形炭纤维，条件炭纤维容易制备，纺丝时形成的分子取向度较高，较薄的壁厚降低了不熔化温度，缩短了不熔化时间，分子取向度的提高和纤维中缺陷的减少有产地改善了它的力学性能。     

基于基斯勒尔法中间相沥青的流变性质（英文）

用基斯勒尔法研究了热处理前后(室温~520℃)相沥青的流变性质。结果表明:在不同温度和不同加热速率下,基斯勒尔流动度具有很好的重现性。未经热处理的中间相沥青的流动度在253~282℃之间随温度增加缓慢增加,在282~311℃随温度增加呈现指数增大,在282~498℃几乎不变。热处理的沥青的流动度也随温度增加呈现类似的S型的变化规律,其中指数增加段可以用阿伦尼乌斯公式计算其粘流活化能。沥青的甲苯不溶物含量随热处理时间增大从67.3%增大到88.7%,粘流活化能为203.6~294 k J/mol。     

印刻法制备中间相沥青基中孔炭

用中间相沥青作碳源,硅胶水溶液作造孔剂,采用胶体印刻法制得一系列中孔碳。实验发现当适量纳米级硅源添加到中间相沥青中,会在彼此颗粒间形成一定的纳米孔道,从而导致中间相沥青在炭化过程中没有沥青由固相向液相转化的过程。结果表明：碳硅比、印刻温度以及中间相沥青的基本物化性质都将对中孔碳的孔结构发生重要影响。且制得比表面积和孔容分别为482m2/g和1.62cm3/g的中孔碳。     

中间相沥青碳纤维裂纹分析

采用扫描电子显微镜等仪器分析了中间相沥青初生纤维、不熔化纤维及碳化纤维的表面形态结构以及裂纹对碳化纤维力学性能的影响,探讨了中间相沥青经纺丝,不熔化处理及碳化处理过程产生裂纹缺陷的因素。     

从煤焦油硬沥青和苯基硅烷制备硅取代聚芳烃中间相的研究

采取软、硬二种沥青与一,二,四苯基硅烷混合物共炭化方式,考察了硅取代聚芳烃中间相的生成。该炭化过程在反应釜中进行,控制实验条件如下:氩气压强1MPa,温度440℃,热裂解时间5h～10h。研究表明:含2%元素硅的初始混合物,不生成硅取代中间相;添加1.0%和0.5%元素硅的硬沥青炭化时明显生成硅取代中间相,但不是单一相。热裂解残留物是硅取代中间相体和均匀分散其中的无硅中间相小球体构成的复合相。     

对甲基苯甲醛改性煤沥青的原位成纤机理研究

以对甲基苯甲醛为改性剂,在对甲苯磺酸的作用下对煤沥青进行了改性,并对改性后煤沥青的原位成纤机制进行研究。采用FT IR和1H NMR对改性煤沥青的化学结构进行分析,采用SEM对改性煤沥青的原位成纤形态进行观察。研究表明,对甲基苯甲醛能够与煤沥青发生亲电取代反应,使煤沥青中的活性小分子交联形成大分子。此外,改性煤沥青中出现很多微纤,随着改性时间的增加,纤维直径越来越大,最后形成分布均匀且线性很好的纤维束。因此,经过对甲基苯甲醛改性后的煤沥青有望成为优质的炭材料基体前躯体。     

呋喃树脂对煤沥青流变性能的影响

采用旋转黏度计测定了含有不同比例呋喃树脂的煤沥青的表观黏度。考察了呋喃树脂对煤沥青表观黏度、残炭率及软化点的影响。同时，采用扫描电镜(SEM)研究了添加呋喃树脂后煤沥青的表面形貌。结果表明，添加质量分数为3．6％～9．0％的呋喃树脂使煤沥青在达到相同黏度值时温度下降5℃～15℃，而残炭率不下降；由于呋喃树脂使煤沥青分子隔开从而改善了煤沥青的流动性能；另外加入适量的呋喃树脂可降低煤沥青的黏流活化能，有利于煤沥青在较宽温度范围内进行工艺操作。     

石油沥青对煤焦油沥青焦结构和电性能的影响

为了研究石油沥青(PP)作为煤沥青添加剂对沥青焦结构及导电性能的影响,将精制煤沥青(RCTP)与PP混合共炭化,同时在机械搅拌的作用下制焦,并对共炭化过程中PP和机械作用产生的影响机理进行了探讨和分析.采用偏光显微镜、X射线衍射仪、热重分析仪、比表面分析仪对所制半焦的结构进行了分析,利用电化学石英晶体微天平及电阻率仪对所制针状焦的性能进行了考察.结果表明:当PP质量分数为10%、搅拌速率为100 r/min、以间歇搅拌方式所制针状焦,其纤维组织占比达到了67.9%,电阻率降为676Ω·mm~2/m,即PP和机械搅拌二者联合作用存在下可显著增加中间相各向异性组织和纤维组织的含量,有利于改善半焦结构,使其结构更加趋于有序,所得针状焦电阻率也得到明显降低.     

原位催化热解煤沥青生长毫米级多壁碳纳米管

本文提出一种以煤沥青(CTP)为碳源,乙酸镍为催化剂前驱体,简单通用的多壁碳纳米管(MWCNTs)催化热解生长工艺.借助SEM、TEM、Raman及TGA等分析手段对样品微观形貌结构、缺陷度及含量进行表征,系统探索了温度、催化剂用量及生长时间对MWCNTs含量、晶体缺陷、长径比的影响规律.结果 表明:Ni催化生长的MWCNTs壁厚约10 nm,管径几十纳米;850～1000℃范围内,随温度升高,拉曼光谱中D1峰和G峰强度比(ID1/IG)由0.95减小到0.92再增大到1.02;热重测试DTG拟合分析表明CNTs和无定型碳含量的峰面积比S2/S1比值变化也有类似趋势;当Ni的质量分数为0 ～0.75％,MWCNTs随Ni含量的增加而增多;延长热解时间有利于MWCNTs生长,950℃,0.75％ Ni时,催化热解CTP 3 h制备的MWCNTs长度可达毫米级.在综合分析和TEM表征基础上,认为CTP催化热解生长MWCNTs时,为顶端和底端机理并存过程.     

炭/炭复合材料用煤沥青的改性及性能研究

以对甲基苯甲醛(4-methyl benzaldehyde,简称4-MB)为改性剂,在对甲苯磺酸(PTS)的作用下对煤沥青进行了改性研究.采用傅立叶红外光谱和核磁共振氢谱对煤沥青改性机理进行分析;采用扫描电镜观察改性煤沥青的形貌;采用热解重量分析仪分析改性沥青的热行为.实验结果表明,对甲基苯甲醛在酸性催化剂的催化作用下与煤沥青发生亲电取代反应,改性后煤沥青出现纤维结构,改性沥青的耐热性优良,残炭率大大提高.因此,改性后的煤沥青有望作为优质的炭材料基体前驱体.     

由中间相沥青制备泡沫炭:Fe(NO3)3的影响

以中间相沥青为前驱体制备高性能泡沫炭，在考察中间相沥青、Fe（NO3）3及其混合物热分解行为的基础上，着重研究了Fe（NO3）3对制备中间相沥青基泡沫炭的影响，揭示了Fe（NO3）3对泡沫炭孔泡结构的影响规律及其作用机制，初步研究了在泡沫炭炭化过程中形成的Fe／C之物相结构及其石墨化行为。结果表明，在不同的炭化温度下，Fe在泡沫炭中的存在形态各异；Fe物种的存在有利于提高泡沫炭的石墨化程度。     

On the use of mesophase pitch for the preparation of hierarchical porous carbon monoliths by nanocasting

Abstract

A detailed study is given on the synthesis of a hierarchical porous carbon, possessing both meso- and macropores, using a mesophase pitch (MP) as the carbon precursor. This carbon material is prepared by the nanocasting approach involving the replication of a porous silica monolith (hard templating). While this carbon material has already been tested in energy storage applications, various detailed aspects of its formation and structure are addressed in this study. Scanning electron microscopy (SEM), Hg porosimetry and N₂ physisorption are used to characterize the morphology and porosity of the carbon replica. A novel approach for the detailed analysis of wide-angle x-ray scattering (WAXS) from non-graphitic carbons is applied to quantitatively compare the graphene microstructures of carbons prepared using MP and furfuryl alcohol (FA). This WAXS analysis underlines the importance of the carbon precursor in the synthesis of templated porous carbon materials via the nanocasting route. Our study demonstrates that a mesophase pitch is a superior precursor whenever a high-purity, low-micropore-content and well-developed graphene structure is desired.