煤沥青交联改性处理对碳结构的影响
程俊霞
满梦瑶
褚宏宇
吴秋萍
宋帅超
文锡量
朱亚明
赵雪飞
辽宁科技大学化学工程学院,辽宁鞍山 114051
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,进而影响炭制品结构.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;借助XRD、Raman表征改性后沥青炭制品的微观结构差异.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挥发,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、浓硫酸为催化剂时,交联产品的C=O官能团含量增加,说明在这种组合下,TPC参加反应较多.无论与哪种交联剂相结合,浓盐酸为催化剂时,交联反应更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,有效阻止碳有序结构的形成,碳无序结构含量ID/IG增大.同时碳微晶层间距d002明显增加,有序堆积平均堆积高度Lc减小,芳香层数降低,说明化学交联不仅影响有序碳结构排列,还可抑制碳微晶结构发育.其中硼酸作为催化剂时,催化效果更理想.获得的炭制品d002在同组产品中最大.PXG、硼酸组合与沥青发生交联时,所得碳材料的d002达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
分类号：TQ52(炼焦化学工业)
资助基金：国家自然科学基金(22208138)辽宁省科技厅资助项目(2021-BS-245)辽宁省科技厅资助项目(2021-MS-306)辽宁省教育厅资助项目(LJKZ0309)辽宁省教育厅资助项目(2020LNQN07)辽宁科技大学优秀人才培养资助项目(2021YQ06)
论文发表日期：2024-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 93-101 )
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