蒽油基沥青的合成研究

以煤焦油的蒽油馏分为原料,通过空气氧化热聚合及蒸馏处理制备蒽油基合成沥青。正交优化实验研究结果表明,反应温度310℃、反应时间7 h、空气流量0.6 L/min条件下,可以获得软化点53℃、甲苯不溶物12.0%、喹啉不溶物0.32%、结焦值35.3%的蒽油基合成沥青。蒽油基合成沥青的红外光谱表征(FTIR)分析表明,空气氧化热聚合过程中发生了脱氢氧化缩聚反应,生成了含氧基团。对比分析蒽油和合成沥青的TG/DTG结果,合成沥青的最大失重速率与蒽油相比降低了0.83 mg/min,最大失重速率时的温度升高了53℃。

蒽油基沥青热转化特性研究

蒽油基沥青是人造炭/石墨材料的优质前驱体,对其热转化特性研究意义重大。本文采用多管井式电阻炉对蒽油基沥青进行常压热转化处理,通过工业分析、FTIR以及偏光显微镜对热转化过程中蒽油基沥青的族组成、结构参数及显微结构的变化规律进行了研究。结果表明:随着热转化温度的提高、时间的延长,蒽油基沥青产物的软化点、甲苯不溶物(TI)、喹啉不溶物(QI)、结焦值(CV)逐渐增大;通过偏光显微镜分析可知,当热转化温度达到440℃时,产物中开始出现中间相结构,并且随着热转化温度的升高和热转化时间的延长,中间相结构逐渐增多;蒽油基沥青产物的芳香性指数(I)与热转化温度和恒温时间均存在正相关关系。

自升压-热聚合法制备蒽油基软沥青

蒽油基软沥青具有分子量分布较窄、灰分低、碳含量高、芳香性较高等特点,是制备高品质炭素材料的优质前驱体。本文以蒽油为原料,采用自升压-热聚合法制备蒽油基软沥青。利用单因素法考察了反应条件对蒽油基软沥青性质的影响。当反应温度为450℃、反应压力为0.5 MPa、反应时间为7.5 h,制备出的蒽油基软沥青软化点(SP)为37℃、甲苯不溶物(TI)为11.91%、喹啉不溶物(QI)为0.72%、结焦值(CV)为28.51%。在此基础上,通过正交优化实验,发现自升压-热聚合法制备蒽油基软沥青最佳条件为:反应温度为455℃、反应时间为8h、反应压力为0.5 MPa,蒽油基软沥青的SP为48℃、TI为16.6%、QI为0.7%、CV为36.8%,蒽油基沥青的收率为62.4%。通过元素分析法、FTIR法和TGA法对蒽油基软沥青进行了表征研究。

不同方法制备的蒽油基软沥青平均分子结构研究

利用元素分析仪、^1H NMR核磁、FTIR、UV等检测方法分别对氧化聚合蒽油基软沥青(OP)、热聚合蒽油基软沥青(TP)结构进行表征。结果表明,OP、TP平均分子量分别为243.14和271.20;两种沥青中氮原子主要以R-NH-R存在,OP中氧原子主要以Ar-O-R或R-O-R结构存在;芳烃取代类型主要为单取代,并且OP、TP分子结构分别以线性排列、面性排列为主。两种沥青芳环上均有短链的烃取代基,OP和TP的平均分子结构式分别为渺位缩合四元环稠环芳烃、迫位缩合的五元环稠环芳烃。

蒽油基软沥青的制备及表征

以蒽油为原料,采用氧化热聚合法合成蒽油基软沥青。考察了氧化热聚合阶段反应温度、反应时间、空气流量对合成软沥青性能的影响。实验结果表明:当反应温度为300℃、反应时间为7 h、空气流量为0.6 L/min时,可以获得软化点为45℃、结焦值为32.8%、QI含量为0.1%、TI含量为9.5%的蒽油基软沥青。通过FTIR对蒽油基软沥青的研究发现:蒽油基软沥青的邻位取代指数(Ior)、芳香性指数(Iar)、芳香度(fa)分别为0.37,0.52,0.42。TG/DTG分析表明,蒽油基软沥青具有良好的热稳定性。

蒽油基软沥青液相炭化过程中结构变化研究

为了获得蒽油基软沥青在热转化过程中的结构(分子结构、偏光显微结构)变化规律,采用元素分析仪、偏光显微镜、FTIR结合分峰拟合的方法对蒽油基软沥青的热转化行为进行了研究。结果表明:随着热转化温度的升高,蒽油基软沥青的芳香性指数(Iar)和支链化指数(CH3/CH2)逐渐升高;C—C含量随着热转化温度升高而增加,C—O和C—O含量则随着热转化温度升高呈现先缓慢减少,后急剧减少的趋势。当热转化温度低于430℃时,蒽油基软沥青的分子结构参数(Iar、CH3/CH2、C—C、C—O、C—O)变化幅度较少;超过430℃后,分子结构参数则急剧变化。从偏光显微结构可知,蒽油基软沥青在热转化温度为440℃时有中间相炭微球产生,随着热转化温度升高,中间相炭微球逐渐长大、融并、形成中间相。