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煤沥青交联改性处理对碳结构的影响
洁净煤技术
网络首发时间:2024-01-19 14:53:17
198
作者
程俊霞
满梦瑶
褚宏宇
吴秋萍
宋帅超
文锡量
朱亚明
赵雪飞
单位
辽宁科技大学
摘要
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,但是交联剂、催化剂的种类不同,沥青改性程度存在差异,进而影响炭制品的结构。本文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信息;借助XRD、Raman表征改性后沥青炭制品的微观结构差异。研究结果表明: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的挥发,从根本上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CH2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为交联剂时,催化剂为浓硫酸时,交联产品的C=O官能团含量增加,说明在这种组合下,TPC参加反应的较多。无论与哪种交联剂相结合,当浓盐酸为催化剂时,交联反应更容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,有效的阻止了碳有序结构的形成,ID/IG值增大。同时碳微晶层间距d002明显增加,Lc值存在减小的趋势,芳香层数降低,这说明化学交联不仅影响有序碳结构的排列,还可抑制碳微晶结构的发育。其中硼酸做为催化剂时,具有更理想的催化效果。获得的炭制品d002在同组产品中均表现为最大。当PXG与硼酸组合与沥青发生交联时,所得碳材料的d002达到了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了坚实的实践基础。
关键词
中低温煤沥青
交联改性
催化剂
碳微观结构
层间距
文章目录
0 引 言
1 实验原料和测试方法
1.1 实验原料
1.2 样品的制备
1.3 分析测试
2 结果与讨论
2.1 交联后样品的基本性能分析
2.2交联后产品的热重分析
2.3交联后产品FT-IR分析
2.4 炭化产品碳结构的分析
2.4.1 Raman光谱分析
2.4.2 XRD分析
3 结 论
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