氢氧化镁-硼酸锌复合阻燃剂辅助制备产率高和电容性能优异的煤焦油沥青基多孔碳

以煤焦油沥青为前驱体,氢氧化镁-硼酸锌复合阻燃剂为助剂,直接在空气条件下高温碳化制备了煤沥青基多孔碳,并探究其电化学性能。得益于阻燃剂的阻燃协同其活化、掺杂功能化作用,得到了高产率(55.1%)、多原子(N、B、O)掺杂且具有分级多孔结构的多孔碳。将其作为超级电容器电极材料,在三电极体系中0.5 A·g^(-1)电流密度下比电容可达344 F·g^(-1)。此外,以制备的多孔碳和壳聚糖基氨基酸质子盐凝胶电解质组装的柔性对称电容器具有29.3 Wh·kg^(-1)的高能量密度,在50 000次循环后电容保持率为96.9%,且在-25~75℃温度区间内可正常工作,显示出宽的温度使用范围。

中低温煤焦油沥青组分的热解特性及动力学研究

中低温煤焦油沥青(MLP)为人造炭材料的重要原料,研究其组分的热解特性及动力学对高品质中低温煤焦油沥青基炭材料的制备具有重要意义。以中低温煤焦油沥青为原料,分别采用正丁醇(BA)和二甲基亚砜(DMSO)为萃取剂以获得4种沥青组分,通过热重分析仪对中低温煤焦油沥青和4种族组分的热解行为进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Satava-Sestak法计算热解活化能以及热解动力学参数。结果表明:MLP、DMSOS、BAI组分的热解反应机理符合随机成核及其后续增长模型,最佳热解机理函数分别为G(α)=[-ln(1-α)]^(4/3)、G(α)=[-ln(1-α)]^(4)、G(α)=[-ln(1-α)]2,活化能分别为73.99、180.20、46.09 kJ/mol,lg A分别为5.82、13.57、3.32;BAS组分的热解反应机理符合二维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=α+(1-α)ln(1-α),E=85.36 kJ/mol,lg A=6.18;DMSOI组分的热解反应机理符合二维扩散或三维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=[1-(1-α)^(1/3)]^(2),E=64.42 kJ/mol,lg A=4.00。

改性乙烯焦油沥青的制备及表征分析

在现代道路建设和维护中,沥青材料的应用至关重要。乙烯焦油沥青(ETP)由于其出色的粘合性和防水性,被广泛用作铺路材料。然而,传统ETP被高温软化点较低、低温脆性大以及老化速度快等方面的性能限制,制约了其应用范围,尤其是在极端气候和重载交通条件下。基于此,旨在制备改性乙烯焦油沥青(METP)并对其进行全面的表征分析,以改善其在极端气候条件下的应用性能。通过热聚合改性技术,成功提高了ETP的软化点,降低了其脆性,并显著提升了其抗老化能力。详细的表征分析,包括傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG),揭示了改性过程中ETP结构的显著变化。FT-IR分析表明,改性后材料的芳香结构特征峰增强,脂肪族官能团特征峰减弱,指示了聚合反应的发生。XRD结果显示,METP中的碳微晶结构相对于ETP有更高的有序性。TG分析进一步证实了METP的热稳定性得到提高,表现为更高的热解起始温度和较低的失重速率。这些结果表明,热聚合反应能显著改善ETP的性能,为其在高温和低温条件下的应用提供了可能性。

改性乙烯焦油沥青的制备及表征分析

以乙烯焦油沥青(ETP)为原料,对其进行热聚合改性处理,探讨了聚合反应温度、聚合反应时间、催化剂及交联剂质量分数对改性乙烯焦油沥青(METP)的组成、性质及收率的影响,并结合元素分析、FT-IR、XRD、Raman、热重分析对ETP及METP进行研究,得到了最佳反应条件:聚合反应温度为370℃,聚合反应时间为6 h,催化剂和交联剂质量分数为1.50%。在此条件下得到的METP的软化点(SP)为182℃,结焦值(CV)为57.66%,β树脂质量分数为42.26%,喹啉不溶物(QI)质量分数为0.87%,符合高碳材料前驱体的要求;METP收率为73.26%。

煤焦油沥青不同组分基多孔炭的制备及电化学性能研究

为了探讨煤焦油沥青中不同组分对多孔炭结构与性能的影响,采用溶剂萃取分离的方法将煤焦油沥青分离成5个不同组分,分别以5个组分为原料,通过KOH活化法制备了多孔炭,研究了不同原料组成对多孔炭形貌、结构以及电化学性能的影响。研究表明,随着原料组成的重质化,所制备的多孔炭的孔隙度下降,致密度增加,比电容降低,充放电速率下降。其中轻组分(TS)最有利于发展孔隙结构,以此为原料制备的多孔炭TS-PC的比表面积和孔体积最大,分别达2482 m~2·g^(-1)和1.781 m~3·g^(-1)。同时,5个样品中TS-PC的比电容最大,在三电极6 mol·L^(-1)KOH体系中,TS-PC的比电容为395 F·g^(-1)(0.5 A·g^(-1));当电流密度增加至50 A·g^(-1)时,比电容仍达220 F·g^(-1),电容持有率为55.7%。

脱除中温煤焦油沥青中喹啉不溶物的实验研究

以中温煤焦油沥青为原料,用静置沉降、离心分离、热溶过滤三种方法脱除煤沥青中的喹啉不溶物(QI),实验结果表明离心法脱除QI效果最好,耗时短,但对设备要求高;静置沉降法处理量大,但耗时长,且QI脱除效果不佳,净化后QI含量基本在1%以上;热溶过滤法可以较好的脱除QI,但对滤材要求高,可操作性差。

高温煤焦油沥青基中间相炭微球的制备与表征

由高温煤焦油沥青通过热聚合法制备的中间相炭微球(MCMB)为重要的功能性人造炭材料,高温煤焦油沥青的性质在很大程度上影响着中间相炭微球的品质,因而进一步明确高温煤焦油沥青性质与中间相炭微球间的关系以期为热聚合法生产高品质MCMB提供一定的理论基础和技术支持。选用7种来源不同的高温煤焦油沥青(P-AG、P-SX、P-XJ、P-KL、P-SP、P-XD和P-TJ)为原料制备中间相炭微球,分别利用红外光谱、偏光显微镜、扫描电镜、XRD和拉曼光谱对沥青原料、中间相炭微球生球和炭化后中间炭微球熟球的性质进行系统研究。研究结果表明:7种不同来源高温煤焦油沥青的芳香性指数(Iar)均高于0.85,制备的MCMB在1 200℃炭化处理后,石墨化度(g)均高于38%,理想石墨微晶含量(Ig)高于7.73%。其中,以P-XJ沥青为原料所制备的MCMB品质最佳,其MCMB收率为18.28%、平均粒径23.20μm、粒度均匀指数0.720 3。高温煤焦油沥青经过热聚合处理能高效制备MCMB,MCMB的收率和球形度以及粒径分布等受原生喹啉不溶物(QI)含量影响较大,经1 200℃炭化处理后的MCMB的高温可石墨化性较好。综合考虑MCMB收率、平均粒径、粒度均匀性、表面形貌等因素可知,以高温煤焦油沥青制备MCMB时,调控原料沥青的原生QI含量具有重要的实际意义。

烷基化法降低煤焦油沥青中毒性多环芳烃含量的研究进展

煤焦油沥青(简称“煤沥青”)是高温煤焦油常减压蒸馏后的残余物,尽管煤沥青在中国产量很大,但由于其具有较高毒性,因此限制了它的广泛应用。通过固体^(13)C NMR和气相色谱/质谱联用等技术发现煤沥青的毒性来源于其含有大量的毒性多环芳烃(PAHs),包括美国环保署(EPA)优先监控的16种PAHs,如荧蒽、芘和苯并[a]芘等。介绍了煤沥青的各种抑毒改性方法,包括化学交联法和物理化学法,现有的研究主要集中在化学交联法;通过对比煤沥青与石油沥青的分子结构,发现石油沥青中具有较高的脂肪族烃类,提出通过长链烯烃烷基化的方法,在PAHs上加上烷基侧链,生成无毒的长链烷基取代PAHs,以抑制煤沥青的毒性。因此重点阐述了烷基化交联改性方法,详细总结该方法的反应原理、所使用的催化剂,并对国内外有关改性试验结果和理论研究工作进行了综合分析,首先使用高斯模拟16种PAHs与烯烃的烷基化反应,得出其反应的一般规律;其次选取模型化合物进行烷基化反应,探讨在煤沥青改性过程中相关PAHs可能发生的反应及反应机理;最后将模型化合物烷基化实验所得到的反应条件应用到真实煤沥青体系,并分析改性前后煤沥青中美国环保署优先监控16种PAHs的降低情况,以及煤沥青抑毒改性后的沥青烟释放物和水可溶物变化情况等内容,同时对该方法的下一步研究应用热点和发展进行了展望,希望为国内外煤沥青的环境友好利用提供参考。

低温煤焦油沥青在改质沥青加工的应用

随着我国经济的发展,低温煤焦油的综合利用问题也渐渐引起了相关人士的重视。受我国焦炭市场行业因素的影响,高温煤焦油供应严重不足制约加工企业生存与发展,加压热聚合工艺的开发有助于煤焦油加工企业原料构成的优化,低温煤沥青的配入可有效降低企业生产成本并对改质沥青质量改善有所裨益。

煤液化沥青与煤焦油沥青组成结构的比较

通过对煤液化沥青和煤焦油沥青组成结构进行对比分析,发现煤液化沥青和煤焦油沥青组成都以稠环芳烃为主,并含有O、N、S等元素杂环化合物。煤焦油沥青分子结构特征为稠环芳烃接近于迫位构型,脂肪族侧链较少且短,不存在环烷烃。相比之下,煤液化沥青相对分子量更大,组成更为复杂,其主要由环烷烃、稠环芳烃链接烷基侧链、含杂原子的单元组成,结构单元之间形成缔合体。通过进一步对其性能分析,发现煤液化沥青的软化点和结焦值均明显高于煤焦油沥青,究其原因主要是组成和结构的差异性导致。

煤焦油沥青中致癌多环芳烃含量气相色谱法测定研究

介绍了煤焦油沥青中致癌多环芳烃(PAHs)的测定方法及分布.对典型煤焦油和煤焦油沥青中的14种PAHs的含量进行了研究.实验采用煤焦油沥青溶剂萃取—萃取物柱色层层析—层析液芳烃分气相色谱分析三步骤.用萘、菲、屈、二苯并[a,h]蒽做内标物体系测定了14种PAHs标准物的保留指数用于定性鉴别;用三苯甲烷、9,10-二苯蒽做内标物体系测定了其相对校正因子并用内标法测定了原料中14种PAHs的含量.用标准物混合物试验,结果表明:SE-54毛细管柱能够很好地分离绝大部分PAHs标准物,只有对苯并[k]荧蒽和苯并[b]荧蒽两种沸点很接近的异构体分离效果稍差.鉴别和测定准确可靠:对芴、菲等沸点较低的PAHs含量测定,其标准偏差范围为0.02～0.08;对茚并[1,2,3-cd]芘等高沸点PAHs的测定,其标准偏差范围为0.11～0.29.根据煤沥青PAHs组成及各个PAH相对苯并[a]芘致癌性的当量系数计算了煤沥青的苯并[a]芘当量含量.

热溶过滤法脱除煤焦油沥青中喹啉不溶物的研究

以5种煤焦油沥青为原料,喹啉为溶剂,研究了热溶过滤法脱除喹啉不溶物(QI)等杂质的效应,目的是制备QI含量较低的净化沥青。结果表明:热溶过滤法可以有效地脱除喹啉不溶物,QI脱除率随滤网网目增加而提高,但阻力增加,脱除时间变长。综合考虑脱除率和实际可操作性,采用1000目的滤布,QI含量可以降到0.3%以下,基本能达到要求。采用凝胶色谱对QI脱除后沥青的组成和分子量分布的研究表明,热溶过滤脱除了沥青中的大分子组分,分子量减小,分子量分布变窄。

中低温煤焦油沥青组成及结构的表征

以中低温煤焦油沥青(MLTCTP)为原料,正庚烷、甲苯和喹啉为萃取剂,采用索氏抽提法分离得到:庚烷可溶物(HS)52.39%,庚烷不溶甲苯可溶物(HI-TS)43.9%,甲苯不溶物3.71%,不含喹啉不溶物。采用元素分析、相对平均分子量、红外光谱、紫外光谱和1 H-NMR等表征方法对中低温煤焦油沥青及其族组成的分子结构进行了研究。结果表明:MLTCTP、HS及HI-TS的相对平均分子量分别为326.5、258.4和361.6;平均分子式分别为C22.74-H22.47N0.249S0.055O1.53、C18.79H22.94N0.083S0.056O0.70和C24.48H21.74N0.387S0.063O2.33,其中杂原子氧主要以Ar-OH结构存在;MLTCTP的平均分子结构是以线性排列为主、面性排列为辅的四环稠环结构,HS平均分子结构为两单苯环线性链接结构,HI-TS的平均分子结构是以面性排列为主的五环稠环结构。

煤焦油沥青族组成对针状焦中间相结构的影响

原料沥青的族组成是决定针状焦品质的关键因素。采用超声溶剂萃取对煤焦油沥青进行组分分离,并对沥青族组成进行混合再调配,以探究不同组分对生焦中间相结构形成及发育的影响并进行优化。研究表明,正己烷可溶物(HS)中含有丰富的脂肪结构,在炭化过程中过高比率的HS不利于大尺寸中间相的生成,但是适量的组分HS在炭化过程中可以调节体系黏度,维持体系足够长时间的低黏度,保证中间相可以充分的生长和发育;甲苯不溶物(TI)主要为高聚合度的稠环芳烃,可以加速中间相小球体的生成和发育,但是过量的TI组分会导致镶嵌型结构的生成,降低针状焦的品质;正己烷不溶-甲苯可溶物(HI-TS)炭化得到的生焦具有最优的光学各向异性结构,是最适宜作为针状焦原料的组分。组成为HS≈25%、HI-TS≈69%、TI≈3%−8%的精制沥青炭化后可制备出中间相结构发育良好、热膨胀系数较低的针状焦。

焦油沥青基COPNA树脂的合成研究

为了改善焦油沥青COPNA树脂较差的耐热性以及较低的残炭量,采用戊二醛代替部分三聚甲醛合成了改性焦油沥青基COPNA树脂,红外分析确认了醛羰基与稠环的加成反应。软化点和热失重分析表明,戊二醛能够较好地交联稠环芳烃,随戊二醛用量的增加,树脂的交联效果以及残炭量均有提高。当交联剂用量1.0mol,戊二醛/三聚甲醛摩尔比为2∶8时,树脂残炭量达42.2%,比焦油沥青高7.2%。

煤焦油沥青改性乙烯焦油制备中间相沥青的研究

以煤焦油沥青为改性剂改性的乙烯焦油在温度420℃、常压及惰性气体(N_2)保护下进行炭化,制备出广域融并体各向异性中间相沥青。对生成的中间相沥青进行X射线衍射分析、元素和组分分析、偏光显微观察及高温条件下的粘度测定,讨论了改性乙烯焦油的炭化行为。结果表明,由煤焦油沥青改性乙烯焦油制备的中间相沥青(ET-CTP-MP)与没有经过改性的乙烯焦油制备的中间相沥青(ET-MP)相比,有序度高、流变性好、β树脂含量高,是优质的中间相沥青。

超临界水中煤焦油沥青轻质化的实验研究

采用间歇超临界水(supercritical water,SCW)反应器,考察了反应温度(400℃～480℃)、停留时间(1min～80min)和反应压力(25MPa～40MPa)对煤焦油沥青轻质化的影响。与常压N2热解相比,煤焦油沥青在SCW中反应后产物中的轻油质量分数高,残焦质量分数低,表明SCW可以促进煤焦油沥青的轻质化反应进行并抑制缩合反应。沥青质是煤焦油沥青在SCW中发生反应的主要组分。在440℃和34MPa时反应20min,产物中轻油的质量分数可达原料的两倍,说明煤焦油沥青在SCW中可以发生明显轻质化反应。与温度相比,压力和停留时间的影响相对较小。

煤焦油沥青烟气诱导SD大鼠肺癌动物模型的实验研究

目的采用煤焦油沥青(CTP)烟气吸入法诱导SD大鼠肺癌疾病模型,评价该法造模的优缺点以及对其效果进行观察。方法将50只SD大鼠放入染毒柜内,每日给予相同浓度的CTP烟气熏蒸,每天持续3 h。每周观察并记录小鼠的生长、活动、饮食和健康状况,并称量体重。32周后处死全部存活大鼠,取肺组织检查肿瘤发生情况,并对标本常规石蜡制片,HE染色,病理学方法检查大鼠肺癌发生情况。结果个别实验鼠在实验早期偶尔有刺激性咳嗽表现,大部分大鼠精神状态较好,饮食、活动以及体重增长基本正常。但在实验后期大鼠体重均有所下降,精神萎靡、消瘦。实验结束时存活大鼠46只,4只死亡。存活大鼠中36只罹患不同类型肺癌,肺癌发病率为69.57%。结论选用CTP烟气吸入法可以诱导大鼠肺癌疾病模型,且此方法实验鼠肺癌发病率高,实验成本低,简单易行,是实验室获取肺癌动物模型的较理想选择。

煤焦油沥青加工应用的研究进展

煤焦油沥青是把煤焦油中的轻质组分提取后剩余的残渣,由于其性能相对比较稳定,煤焦油的碳含量高,价格低廉,所以煤焦油改质沥青的研究得到了不断的发展;概述了煤焦油沥青的性质和组成;总结了改质沥青在碳素制品、石墨电极、针状焦、中间相、碳纤维、涂料和燃料油等领域的应用。

溶剂-离心法脱除煤焦油沥青中的喹啉不溶物

以洗油和烷烃的混合物为溶剂,采用溶剂-离心法对煤焦油沥青中的喹啉不溶物(QI)进行分离,考察混合溶剂芳烷比、溶剂用量、溶解温度、离心转速以及离心时间等因素对精制沥青QI含量和收率的影响。结果表明,随着芳烷比的增加,精制沥青的收率逐渐增加,QI含量先降低后增加;随着溶剂比的增大,精制沥青的QI含量逐渐减小,收率逐渐增大;溶解温度升高有利于QI的脱除和精制沥青收率的提高;离心转速越快,离心时间越长,所得精制沥青的QI含量和收率均越低;当芳烷比为1.2、溶剂比为2、溶解温度为80℃、离心转速为3000r/min、离心时间为8min时,精制沥青收率可达79.8%,其QI含量低达0.18%。