【摘要】：論文采用溶劑分離法將中溫煤瀝青分為甲苯可溶物(TS)、甲苯不溶物(TI)、β樹脂及喹啉不溶物(QI)四種組分,并將中溫煤瀝青和這四種組分分別炭化,研究了中溫煤瀝青和其族組分的化學(xué)結(jié)構(gòu),熱縮聚特征以及炭化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)。論文以AlCl_3為改性劑,通過催化熱縮聚對中溫煤瀝青進(jìn)行改性,較系統(tǒng)研究了改性工藝條件對改性煤瀝青組成及微觀結(jié)構(gòu)的影響。采用傅里葉紅外光譜(FT-IR)研究了中溫煤瀝青和其族組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成。研究結(jié)果表明,TS組分的分子量小,其芳烴分子上含有發(fā)達(dá)的側(cè)鏈和側(cè)基;β樹脂分子芳烴分子上含有的側(cè)鏈和側(cè)基少;QI組分的分子量最大,多為縮合程度較高的稠環(huán)芳烴分子。采用綜合熱分析(TG-DTA)研究了煤瀝青族組分的熱縮聚特征。研究結(jié)果表明:TS組分在較低的溫度98℃左右開始失重,分子穩(wěn)定性差,失重率為79.50%;β樹脂在較高的溫度208℃左右才開始失重,失重率為19.2%;QI組分在400℃左右開始失重,整個(gè)失重曲線較為平緩,失重率僅為7.06%。采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)研究了中溫煤瀝青和其族組分炭化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)和性能。研究結(jié)果表明:TS組分炭化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)以流線型結(jié)構(gòu)為主,同時(shí)有少部分區(qū)域型結(jié)構(gòu),微晶取向一致,相互平行排列,片層間距較小,一般在0.34~0.35nm之間。TI組分炭化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)以鑲嵌型和區(qū)域型為主,微晶取向有序性差,在局部發(fā)生彎曲,片層間距較大,一般在0.35nm以上。β樹脂炭化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)主要流線型結(jié)構(gòu),QI組分的炭化產(chǎn)物由各向同性的微米級的微細(xì)粒子組成,微晶取向雜亂,無方向性,形成了相互交纏的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。以AlCl_3為改性劑,對中溫煤瀝青進(jìn)行改性,研究了改性工藝條件對改性煤瀝青結(jié)構(gòu)組成和性能的影響。研究結(jié)果表明:不同的改性溫度下,改性溫度越高,改性煤瀝青的軟化點(diǎn)和結(jié)焦值越高,特別是改性溫度到了260℃以后,改性煤瀝青的軟化點(diǎn)和結(jié)焦值得到了大幅度的提高;不同改性劑的用量下,隨著改性劑的用量的增加,改性煤瀝青的軟化點(diǎn)和結(jié)焦值升高,在改性劑的用量為6%以后,改性煤瀝青的軟化點(diǎn)和結(jié)焦值增幅下降;不同的改性時(shí)間下,改性時(shí)間越長,煤瀝青的軟化點(diǎn)和結(jié)焦值越高。采用偏光顯微鏡和掃描電鏡對不同工藝條件下改性煤瀝青炭化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)觀察分析,研究結(jié)果表明:隨著改性溫度的升高,改性煤瀝青炭化產(chǎn)物的區(qū)域型結(jié)構(gòu)面積先增加后減少,鑲嵌型結(jié)構(gòu)面積先減少后增加;隨著改性劑的量的增加,改性煤瀝青炭化產(chǎn)物的區(qū)域型結(jié)構(gòu)面積先增加后減少,鑲嵌型結(jié)構(gòu)面積先減少后增加;隨著改性時(shí)間的增加,改性煤瀝青炭化產(chǎn)物的區(qū)域型結(jié)構(gòu)增加,鑲嵌型結(jié)構(gòu)減少。采用綜合熱分析(TG-DTG)對AlCl_3改性劑的用量6%,改性溫度260℃,改性時(shí)間3h的改性煤瀝青和中溫煤瀝青的熱縮聚特征進(jìn)行了對比研究,結(jié)果表明:中溫煤瀝青的開始失重溫度在126℃左右,結(jié)束失重溫度在585℃左右,失重率為60.54%,而改性煤瀝青的開始失重溫度在158℃左右,結(jié)束失重溫度在572℃左右,失重率為50.08%,相比之下,改性煤瀝青的開始失重溫度更高,結(jié)束失重溫度和失重率更低。中溫煤瀝青的最大失重速率溫度在426℃左右,而改性煤瀝青的最大失重速率溫度在452℃左右,改性煤瀝青的最大失重率溫度更高,DTG曲線明顯向溫度高的方向偏移,改性煤瀝青的熱穩(wěn)定性更好。
【圖文】：

1-內(nèi)釜熱電偶 2-壓力表 3-釜自帶攪拌槳偶 5-不銹鋼高溫高壓反應(yīng)釜（內(nèi)釜） 6-加熱圖 2.1 熱聚合高溫高壓反應(yīng)釜原理圖Fig.2.1The schematic diagram of polymerization autoclav組分的提取煤瀝青（C-1）與甲苯以 1g:20ml 比例加入 500m的恒溫條件下攪拌 3h，轉(zhuǎn)速為 350r/min，然后進(jìn)次用熱甲苯、丙酮沖洗甲苯不溶物，，分離出甲苯液在 140℃的溫度下蒸餾，除去甲苯溶劑得到甲苯甲苯不溶組分（TI）與喹啉以 1g:20ml 的比例加 75±5℃恒溫下攪拌 3h，轉(zhuǎn)速為 350r/min，然后進(jìn)次用熱甲苯、丙酮沖洗喹啉不溶物，分離出喹啉

圖 3.4 煤瀝青（C-1）和其族組分炭化產(chǎn)物的 SEM 照片（a）煤瀝青（C-1）（b）TS 組分（c）TI 組分（d）β 樹脂的炭化產(chǎn)物（f）QI 組分Fig3.4 SEM photographs of car carbide of coal tar pitch and its group components：（a）coal tar pitch（C-1）（b）TS（c）TI（d）β resins（e）QI 中溫煤瀝青和其族組分炭化產(chǎn)物的 XRD 分析圖 3.5 為中溫煤瀝青（C-1）和其族組分經(jīng)過 1200℃炭化產(chǎn)物的 XRD 譜 3.5 可知，中溫煤瀝青（C-1）和 TS、TI、QI 組分經(jīng)過 1200℃炭化后，在 2θ=出現(xiàn)了炭的特征衍射 d002峰。TS 組分炭化產(chǎn)物的 d002特征衍射峰更尖銳的半高寬最窄，峰強(qiáng)最高， TI 組分和 QI 組分炭化產(chǎn)物的 d002特征衍射 2θ 衍射角向低角度偏移，其（002）特征衍射峰僅稍微隆起，衍射峰寬較低，在其左邊出現(xiàn)了一個(gè)呈彌散型的小突起，根據(jù) Bragg 方程 2dsinθ=errer 公式 Lc=0.89λ/(β/cosθ)可知，TS 組分炭化產(chǎn)物的晶格參數(shù) Lc 最大，層間距 d 最小，這說明了在相同的炭化條件下 TS 組分更容易石墨化，
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ522.65

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本文編號：2702081