煤沥青燃料的研究进展

煤沥青是焦油加工的大宗产品，其产率占焦油的50％～60％，随着对环保要求的日益提高，煤沥青的燃烧进一步限制了其利用。如何对煤沥青进行必要的深加工，提高沥青产品的附加值是煤焦油加工中的一个重要问题，而煤沥青浆体燃料成为解决这一问题的有效途径之一。在沥青浆体燃料的基础上，提出了煤沥青浆体燃料。阐述了煤沥青浆体燃料的制备原理，介绍了2种煤沥青浆体燃料——煤沥青乳化燃料和煤沥青水浆的研究进展。目前，关于煤沥青浆体燃料的研究报道较少，因此，非常有必要加大煤沥青浆体燃料的研究开发。

煤沥青交联改性处理对碳结构的影响

沥青基炭制品的碳结构高度依赖前驱体沥青的性质。采用化学交联的方法对沥青进行改性处理时,尽管化学交联的反应机理为亲电取代反应,但交联剂、催化剂的种类不同,沥青改性程度存在差异,进而影响炭制品结构。以中低温煤沥青为原料,探索3种交联剂(对苯二甲醇(PXG)、苯甲醛(BA)、对苯二甲酰氯(TPC))、5种催化剂(对甲苯磺酸、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、硼酸)对沥青交联改性后炭制品结构的影响。通过TG-DTG、FT-IR研究交联改性后沥青热稳定性及沥青官能团的变化;借助XRD、Raman表征改性后沥青炭制品的微观结构差异。结果表明:交联剂和催化剂的存在促进了沥青分子的交联,有效阻止了热转化过程中轻组分挥发,提高了沥青的结焦值、软化点、热稳定等指标。以PXG为交联剂,沥青支链上亚甲基CH_(2)的H不易被取代;而以硼酸为催化剂时,支链末端甲基上的H易被取代;以BA为交联剂,取代氢的位置明显发生在芳香环上;以TPC为交联剂、浓硫酸为催化剂时,交联产品的C=0官能团含量增加,说明在这种组合下,TPC参加反应较多。无论与哪种交联剂相结合,浓盐酸为催化剂时,交联反应更易促进苯环上和支链上的C—H键发生取代反应。经过交联改性后的沥青,炭化过程中分子间较强的π-π相互作用减弱,有效阻止碳有序结构的形成,碳无序结构含量I_(D)/I_(G)增大。同时碳微晶层间距d_(002)明显增加,有序堆积平均堆积高度L_(c)减小,芳香层数降低,说明化学交联不仅影响有序碳结构排列,还可抑制碳微晶结构发育。其中硼酸作为催化剂时,催化效果更理想。获得的炭制品d_(002)在同组产品中最大。PXG、硼酸组合与沥青发生交联时,所得碳材料的d_(002)达0.377 nm。本研究为进一步定向调控和构筑沥青基碳材料奠定基础。

碳纳米管模板导向制备煤沥青基电热材料及其性能调控研究

本研究以煤沥青为原料、多壁碳纳米管为结构导向剂,通过炭化制备了形貌和结构可控的煤沥青基碳膜,考察了多壁碳纳米管对导电填料结构及碳膜电热性能的影响规律。研究发现,多壁碳纳米管掺杂导致导电填料的晶格排列有序度增加、晶格间距减小和石墨化程度提高;多壁碳纳米管的引入提高了碳膜的载流子浓度,进而显著提高了其导电性。掺杂2%碳纳米管,可使煤沥青基碳膜的载流子浓度提高3.2倍、电阻降低67%;在5、10和15 V电压下,煤沥青基碳膜的发热温度分别可达44、88和165℃,相对未掺杂碳膜分别提高了7、22和70℃,显示出极大的应用前景。

改性木质素磺酸钠在煤沥青水浆中的性能研究

为提高煤沥青利用率,以LS(木质素磺酸钠)为主要原料,经磺甲基化和缩合反应后合成MLS(改性木质素磺酸钠)分散剂,用于制备煤沥青水浆。采用FTIR(红外光谱)、XRD(X射线衍射)和表面张力分析了MLS的结构及性质,采用响应曲面法考察其最佳制备条件,并研究浆体的分散稳定性。结果表明MLS分散剂的最佳制备条件为:磺甲基化试剂质量分数12%,甲醛质量分数18%,尿素质量分数10%,反应温度80℃,反应时间4 h。当MLS质量分数为0.5%时,最大制浆质量分数达到54.83%,而LS的最大制浆质量分数仅为51.44%。且MLS分散剂制备的浆体,属于屈服假塑性流体,符合Herschel-Bulkley模型,屈服应力较小。静置5 d后,LS和MLS制备的浆体析水率分别为3.45%和2.30%,说明MLS的降黏增稳能力较强,利于提高煤沥青水浆的工业应用。

聚合物改性法脱除中温煤沥青中的苯并[a]芘效果分析

为降低煤沥青中致癌性多环芳烃的含量,实现其绿色化应用,分别采用聚氨酯单体、三聚甲醛、聚乙二醇、二乙烯基苯和环氧树脂中的一种或多种与煤沥青进行反应,以煤沥青中代表性致癌物苯并[a]芘(BaP)的脱除率作为评价指标,分析各单一改性剂及复合改性剂对煤沥青中BaP的影响。结果表明:选取的改性剂均能有效降低煤沥青中BaP的质量分数,单一改性剂脱毒效果从高到低依次为聚氨酯单体、三聚甲醛、聚乙二醇、二乙烯基苯、环氧树脂;复合改性剂的最优试验组合(质量分数)为6%聚氨酯单体+10%三聚甲醛+8%聚乙二醇,其在最佳反应条件下可使BaP的降低率达到82.16%。

一步法与分步法活化对氮掺杂煤沥青基多孔碳电储能性能的对比

分析了一步法与分步法在制备氮掺杂煤沥青基多孔碳材料的结构和储电效能对比。研究表明,一步法因其简便的操作步骤和低能耗而适用于成本敏感的应用,且在使用三聚氰胺作为氮源时,该方法制备的材料展现出优异的电化学性能;分步法制备过程更为复杂和耗能,但其优势在于能够精确控制材料的微观结构和化学性质,尤其是在使用硫酸铵作为氮源时,显示出更佳的电容特性。

煤沥青基碳点复合纳米纤维的制备及其储锂性能

以自制煤沥青基碳点为前驱体,聚丙烯腈为纺丝载体,采用静电纺丝法制备煤沥青基碳点复合纳米纤维(CNF@CDs)。通过SEM、XRD、Raman等对材料的结构和组成进行表征,采用恒流充放电测试手段对材料的电化学性能进行评估。结果表明:煤沥青基碳点添加量是影响CNF@CDs形貌、层间距及缺陷程度等微观结构的重要因素。采用CNF@CDs作为锂离子电池负极材料,当电流密度为100 mA/g时,CNF@CDs-2的首次放电比容量为827 mA·h/g;当电流密度为1000 mA/g时,其平均可逆比容量为104 mA·h/g,表现出优异的电化学性能。

硅油/煤沥青乳液制备中间相炭微球

以中温煤沥青为原料,耐高温硅油为分散剂和导热介质,通过在反应釜中混合形成硅油/煤沥青乳液来制备中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads,MCMB)。利用SEM、激光粒度仪和XRD分析等,研究了硅油用量对MCMB形成的影响。结果表明:硅油添加量对MCMB的形成有重要影响,当加入少量硅油后,MCMB粒径显著减小,分布均匀,小球表面较光滑,粘结现象减少,微晶结构得到改善,但四氢呋喃不溶物(THFI)收率降低。增加硅油用量,MCMB的粒径大小和微晶结构变化不大,小球之间粘结少,THFI收率增加,但小球表面附着小颗粒。当硅油/煤沥青的质量比为3∶1时,可得到粒径分布窄,D50为0.82μm,表面比较光滑,收率为8.2%的MCMB。

煤沥青水浆的制备及影响规律的研究

以中温煤沥青为原料,经冷冻粉碎后制得具有一定粒径级配的煤沥青粉,加入适量分散剂和水在高速搅拌下制备煤沥青水浆。结果表明,JL-C01中裂乳化剂是制备煤沥青水浆的优良分散剂,在此基础上进一步考察了分散剂用量及浆体浓度对煤沥青成浆性、煤沥青水浆流变性及稳定性的影响。结果表明,最大成浆浓度为70%;在分散剂用量相同的条件下,煤沥青水浆的表观黏度随浆体浓度的增大呈先减小后增大趋势;不同浓度煤沥青水浆的表观黏度均随剪切速率的增加而呈下降趋势;同一剪切速率下,表观黏度随煤沥青水浆浓度的增大而增加,煤沥青水浆属于假塑性流体,当煤沥青水浆浓度为69%时其流变性最佳。分散剂用量相同时,煤沥青水浆的稳定性随浆体浓度的增大呈下降趋势,浆体浓度达到70%时,稳定天数可达21d。参照水煤浆标准GB/T18856-2002,对煤沥青水浆进行了分析,所测项目中低位发热量达水煤浆Ⅰ级标准、灰分达水煤浆Ⅰ级标准、硫分达水煤浆Ⅱ级标准、挥发分达水煤浆Ⅰ级标准。

粘结剂用煤沥青的发展状况

综述了粘结剂用煤沥青的组成，性能及发展历程；探讨了改质煤沥青的特性及生产方法。

煤沥青水浆制备原理及研究进展

针对我国目前煤沥青产量大但有效利用率低的现状,通过采用冷冻粉碎制得煤沥青粉,再添加合适分散剂制备具有与水煤浆类似性质的煤沥青水浆。结合水煤浆的研究结果,分析了分散剂在煤沥青水浆制备中作用原理,并对煤沥青水浆的研究情况及制备过程中的影响因素进行了分析总结。在此基础上指出了煤沥青水浆的研究方向。

煤沥青水浆的制备研究

采用冷冻粉碎的方法将软化点为90℃的中温煤沥青制得粒度≤200目的煤沥青粉后,再与22种分散剂制备煤沥青水浆,从中筛选出6种成浆性好的分散剂再与软化点为105℃的高温煤沥青粉制备煤沥青水浆,结果表明中温煤沥青粉比高温煤沥青粉更易制得稳定性好的煤沥青水浆。对以中温煤沥青粉为原料制备煤沥青水浆的工艺做了进一步研究,考察了分散剂种类及用量、煤沥青水浆浓度对煤沥青水浆稳定性、黏度和热值的影响。

重油和煤沥青制备煤沥青油浆的过程研究

将自制的煤沥青粉添加到重油中制得浆体燃料煤沥青油浆,对成浆性和流变性的影响规律进行了研究.结果表明,在相同温度下,煤沥青油浆的表观黏度随煤沥青粉添加量的增加而增大,剪切速率相同时黏度随温度的升高而减小.添加不同质量分数制得的煤沥青油浆在同一剪切速率下的黏度随温度的升高而减小,且随温度的升高黏度减小趋势逐渐变小,当煤沥青粉添加量≤12%时,煤沥青粉添加量对煤沥青油浆的流变性影响较小.随着煤沥青粉添加量的增加,煤沥青油浆的低位发热量稍有下降,但降低幅度较小.

三种水质对煤沥青水浆制备及性质的影响

以中温煤沥青为原料,采用冷冻粉碎方法制得具有一定粒度级配的煤沥青粉后,再加入适量分散剂与去离子水、自来水和焦化废水分别制备煤沥青水浆.考察了分散剂用量与煤沥青水浆流变性的关系,并对分散剂在煤沥青表面的吸附和Zeta电位进行了研究.研究表明,三种水均能制得浆体浓度为70%的煤沥青水浆,且浆体的表观黏度均随剪切速率的增加呈下降趋势.由去离子水、自来水和焦化废水制得煤沥青水浆的低位发热量、挥发分和灰分均达水煤浆Ⅰ级标准,硫分达Ⅱ级标准.三种水的分散剂溶液在煤沥青表面的吸附量和Zeta电位均随分散剂浓度的增加呈增大趋势,当分散剂浓度达到一定值后继续增加分散剂的浓度,吸附量和Zeta电位稍有下降,且吸附量和Zeta电位达到最大时对应的分散剂浓度基本相同.

中温和高温煤沥青的组成结构与性质

深入分析了新疆哈密淖毛湖中温煤沥青(CTPZ)和陕西榆林高温煤沥青(CTPG)的元素组成、热稳定性、微晶结构、分子结构特征等,选用Flynn-Wall-Ozawa法计算其热解活化能,对其甲苯可溶物和热聚合后试样的甲苯可溶物进行了GC-MS分析。结果表明,CTPZ和CTPG的H/C原子比分别为1.005和0.510,O/C原子比分别为0.062和0.015;CTPZ的热解反应更加剧烈,轻组分逸出更快,热稳定性差,最终残炭率分别为16.03%和38.47%,CTPZ仅为CTPG的42%;在210~390℃,平均热解活化能分别为84.24和104.47 kJ/mol;芳香片层间距分别为0.404和0.356 nm,分别比石墨的芳香片层间距0.340 nm高出18.82%和4.71%,前者芳环上连有烷烃侧链和非平面结构的环烷烃更多,芳环层间有序性更差;CTPZ以正构长链烷烃为主,C20~C28相对含量超过50%,鉴于CTPZ正构烷烃的相对含量超过50%,且碳链长度在石蜡油的要求之内,故可分离制备石蜡油,而CTPG以芳烃为主,相对含量超过70%,其中,荧蒽类物质相对含量约达40%。热聚合结果表明,CTPG热聚合0.5 h,达到改质沥青一级品标准,宜做改质沥青原料,而CTPZ热聚合长达6 h,喹啉不溶物QI、结焦值CV和软化点SP等仍远离标准。经对热聚后试样进行GC-MS分析发现,CTPG中多环芳烃含量增加,表明其发生的是芳烃缩聚反应,而CTPZ中链状烷烃含量增加,表明其发生的是芳烃侧链部分的裂解反应。

煤沥青与石油沥青混合调制道路沥青的研究

采用高效剪切分散仪考察了调配温度、调配时间、搅拌方法等工艺对煤沥青混合石油沥青性能的影响,对优选的样品进行了离析实验、抗老化性能及流变性能评价。结果表明,调配工艺对煤沥青在石油沥青中的分散有重要影响,调配温度的升高、调配时间的延长能促进煤沥青在石油沥青中分散但也会导致调配沥青的老化;煤沥青粒径对调配沥青性能有重要影响,对优选样品的进一步评价表明,调配沥青有好的耐高温流变性能和抗热氧老化性能,储存稳定性可以解决。

煤沥青与石油沥青共混作筑路材料

介绍了国外谋沥青与石油沥青共混作筑路材料的发展概况、混合沥青胶体结构模型以及国产煤沥青共混初步试验结果。对两个国产石油沥青样品与一个煤沥青样品共混得到的混合沥青性质的初步试验表明，混合沥青对碎石特别是酸性碎石的粘附力高于原石油沥青。与石油沥青相比，混合沥青的抗高温变形能力强，并可降低生产沥青碎石混合科的操作温度。所得混合沥青样品多项指标接近德国和波兰同类产品的水平。

煤沥青的改性及中间相结构研究

以对甲苯磺酸(PTS)为催化剂,研究了改性温度、时间和改性剂苯甲醛用量对改性煤沥青(MCTP)中间相显微结构产生的影响。研究表明,当苯甲醛/煤沥青(CTP)质量比为30/100、反应温度为150℃和反应时间为15h时得到的MCTP,其中间相呈不完全纤维组织结构;XRD分析表明,通过苯甲醛改性煤沥青,有利于提高中间相光学组织结构的有序性。FT-IR分析表明,改性后芳核骨架振动吸收频率增大,提高了芳核的缩合度;1 H-NMR分析表明,改性过程中的改性反应主要发生在HA上,并对改性过程可能发生的反应机理进行了分析。

磺化中温煤沥青的制备及表征

以浓硫酸为磺化剂对中温煤沥青进行磺化,并对磺化沥青的水溶性、分子结构、微观结构和热稳定性进行了表征。结果表明:对中温沥青进行磺化能增加产品的水溶性,水溶物含量为98.8%;在磺化沥青红外谱图的1130cm-1处出现了强吸收峰,说明在浓硫酸的作用下,在芳香族化合物的芳环上会引入磺酸基团,发生磺化反应,分子中含有较多的杂原子的官能团,如羟基、羧基、磺酸基等。偏光显微镜图片显示磺化沥青具有光学各向同性。热失重区域出现了三个阶段:70-180℃失重的主要原因是沥青中轻组分的挥发;200-350℃失重的主要原因是沥青中部分小分子的分解;430-570℃失重的主要原因是沥青中官能团脱除。

对苯二甲醛改性煤沥青的结构及耐热性研究

以对苯二甲醛为改性剂 ,在对甲苯磺酸的作用下对煤沥青进行了改性研究 .采用傅立叶红外光谱 ( FT- IR)和核磁共振氢谱 ( 1H- NMR)对煤沥青改性机理进行分析 ;采用热重和示差扫描量热技术 ( TG- DSC)对改性前后煤沥青的热行为进行分析 .实验结果表明 ,对苯二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 ;80 0℃时未改性煤沥青的炭化收率为 37.8% ,而改性煤沥青炭化收率高达 62 .2 4 % ;改性后煤沥青 DSC曲线中放热峰的温度范围变宽 ,放热峰总面积减少 .因此 。