电场辅助下煤基针状半焦的制备及中间体结构研究

鉴于我国针状焦质量较低主要依靠进口解决的现状，结合炭化过程形成的半焦结构直接决定针状焦质量的特点，课题拟将电场引入精制煤沥青反应体系中，利用电场可使多核芳烃化合物中苯环电子云产生极化进而引发分子极化的现象，寻找电场同分子之间发生相互耦合的条件，使多核芳烃分子取向受控于电场力呈现有序性排列以提高中间相含量，消除扩散运动产生的影响；通过在分子中引入极性基团，增大分子极性和反应活性，进一步增强和电场之间的耦合作用，强化电场对分子取向的调控能力，实现中间相微晶能宏量可控有序生长，以形成高度有序的半焦结构；协同旋转作用消除晶体生长过程出现的浓度梯度，为有序化半焦的形成创造理想环境。将电场、热场和力场同时作用于煤沥青为原料的反应体系，探索多场存在下制备半焦的规律，揭示影响半焦有序性生长的主要因素和中间体结构，其研究不仅在煤炭深加工和冶金领域有重要工业应用前景，且对结构性新材料开发也具有重要的科学意义。

项目“电场辅助下煤基针状半焦的制备及中间体结构研究(51174144)”受资.助以来，我们按照任务书及每一阶段的进度执行了计划。通过系统研究，取得了重要的研究结果和认识，包括原料煤沥青精制技术、中间相结构有序生长条件、机理及改善途径。探索了采用不同的手段如电场、机械振动、晶种植入等方式干预碳化过程中中间相小球的生长和结构演变规律，找到了能有效改善半焦结构的改性途径，为以中温煤沥青为原料制备微观结构高度有序的半焦提供了重要的科学数据和帮助。其中，（1）建立的一种完全不同于文献所述的溶剂法、静置法或离心法预处理原料中一次性喹啉不溶物和灰分的绿色环保且节能技术。采用该方法同时可将一次性喹啉不溶物去除近95-98%，灰分80%，精制后的煤沥青，完全可以满足制备各种新型高级碳材料对原料的要求；（2）找到了对炭材料中间体结构可发生有序生长的可控途径，使半焦及焦的显微结构有序性显著提高，克服了传统工艺过程中形成的焦，其结构有序性和重复性差的弊端；（3）三种干预手段中，对结构影响由大到小的顺序依次为：机械、晶种和电场法。（4）考察的改性剂中，聚乙二醇-200和400、三乙酸甘油酯、邻苯二甲酸二辛酯、苯甲酰氯及3-氯硝基苯、1,2,3-三氯苯等均具有显著效果。改性后，沥青聚合度、芳香度和碳化产率得到明显提高，有利于焦化过程层状芳环自组装的有序进行。