氯苯与硝基苯改性煤沥青对制备针状焦结构影响

论文摘要

针状焦是制造炼钢、炼铝等工业用大型电极材料的主要原料,可以用煤沥青为原料制备。以煤沥青为原料制备高品质针状焦,充分利用我国丰富的煤沥青资源,对降低从国外产品的依赖有重要意义。本文在调研国内外煤沥青研究现状的基础上,系统分析了煤沥青综合性能及其影响针状焦质量因素,结合目前制备针状焦过程存在的问题,通过使用硝基苯、氯苯类化合物对煤沥青进行改性,以期提高炭化过程的碳产率和结焦值,增加各向异性中间相含量,从而提高炭化过程聚合反应的发生和显微结构组织的有序性,为制备有序针状焦提供实验支持。论文获得如下研究成果：（1）与未改性沥青相比,使用10%的3-氯硝基苯改性后,β树脂的含量增加了36.67%,CV值增加了20.32%,SP值提高了36℃。在0-200℃的低温范围内,粘度显著增加。随温度的增加,粘度变化趋于缓和。通过TG分析表明,其残炭率提高了26.71%；采用1分析看出,与原料沥青相比,改性后的脂肪族氢在沥青中的含量减少,芳香烃含量提高至原来的2.37倍左右；应用偏光显微镜和XRD观察针状焦的光学结构及其晶体结构,分析表明针状焦结构呈现出长纤维组织结构,煅烧后更趋向于石墨化,具有较大的晶核堆积高度,是一种较为理想的改性剂。（2）与未改性沥青相比,使用10%的1,2,3-三氯苯改性后β树脂的含量增加了11.02%,CV值增加了21.32%,SP值提高了21℃。在0-200℃的低温范围内,粘度显著增加。随温度的增加,粘度变化趋于缓和粘度增大。通过TG分析表明残炭率提高了22.06%；采用1HNNR分析看出,与原料沥青相比,改性后的脂肪族氢在沥青中的含量减少,芳香烃含量提高至原来的2.1倍左右；应用偏光显微镜和XRD观察针状焦的光学结构及其晶体结构,分析表明都针状焦结构呈现出长纤维组织结构,煅烧后更趋向于石墨化,是一种较为理想的改性剂。（3）通过研究不同电场强度,不同升温速率对半焦结构的影响。结果表明,电场强度为25 kv/m～37.5kv/m时,升温速率为3℃/min时,对中间相的结构相对较好,但无显著改变；而XRD衍射峰显著增高,说明形成焦样的结晶度较高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 针状焦的特点和性能指标
• 1.1.1 针状焦的特点
• 1.1.2 针状焦的性能指标
• 1.2 针状焦的成焦机理
• 1.2.1 液相炭化理论
• 1.2.2 气流拉焦
• 1.3 针状焦的工艺流程
• 1.3.1 原料预处理
• 1.3.2 延迟焦化
• 1.3.3 煅烧
• 1.4 针状焦原料沥青的改性方法
• 1.4.1 加氢改性法
• 1.4.2 烷基化改性法
• 1.4.3 共炭化改性法
• 1.4.4 催化改性法
• 1.5 针状焦影响因素
• 1.5.1 原料组成的影响
• 1.5.2 温度的影响
• 1.5.3 压力的影响
• 1.5.4 升温速率的影响
• 1.5.5 反应时间的影响
• 1.5.6 添加剂
• 1.6 针状焦的应用
• 1.7 研究的目的和内容
• 第二章 实验原料和性能表征手段
• 2.1 原料和设备
• 2.2 过程
• 2.2.1 一次喹啉不溶物的去除
• 2.2.2 原料改性
• 2.2.3 炭化
• 2.2.4 煅烧
• 2.2.5 分析
• 第三章 硝基苯对煤沥青的改性及对针状焦结构影响
• 3.1 性质与结构
• 3.1.1 改性后煤沥青性质
• 3.1.2 粘度
• 3.1.3 FT-IR分析
• 3.1.4 TG分析
• 1H核磁共振谱分析（¹HNMR）'>3.1.5¹H核磁共振谱分析（¹HNMR）
• 3.2 半焦的结构分析
• 3.2.1 炭化温度影响
• 3.2.2 半焦光学结构
• 3.2.3 产物半焦结构XRD分析
• 3.3 针状焦的结构分析
• 3.3.1 针状焦样光学结构
• 3.3.2 针状焦的结构XRD分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 氯苯类对煤沥青改性及对针状焦结构影响
• 4.1 结构与性质
• 4.1.1 改性后煤沥青性质
• 4.1.2 粘度
• 4.1.3 FT-IR分析
• 4.1.4 TG分析
• 1H核磁共振谱分析（¹HNMR）'>4.1.5¹H核磁共振谱分析（¹HNMR）
• 4.2 半焦的结构分析
• 4.2.1 半焦光学结构
• 4.2.2 产物半焦结构XRD分析
• 4.3 针状焦的结构分析
• 4.3.1 针状焦样光学结构
• 4.3.2 针状焦的结构XRD分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 两种改性剂效果比较
• 5.1 性质与结构
• 5.1.1 改性后煤沥青性质
• 5.1.2 FT-IR分析
• 5.1.3 TG分析
• 5.2 针状焦的结构分析
• 5.2.1 针状焦样光学结构
• 5.2.2 针状焦的结构XRD分析
• 5.3 机理分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 电场对煤沥青半焦结构的影响
• 6.1 不同电场强度对电场强度对半焦结构的影响
• 6.1.1 不同电场强度对半焦光学结构的影响
• 6.1.2 不同电场强度的半焦XRD分析
• 6.2 不同升温速率下电场强度对半焦结构的影响
• 6.2.1 光学结构分析
• 6.2.2 XRD分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录