[發(fā)明專利]一種煤瀝青基中間相炭微球的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410090818.7
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103833007A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 屈濱;郭明聰;劉書林;劉海豐;和鳳祥;張勇
• 申請（專利權）人: 中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發(fā)明屬于炭素材料領域，具體涉及一種煤瀝青基中間相炭微球的制備方法。

背景技術

中間相炭微球是一種新型炭素材料，由于具有層片分子平行堆砌的結構，又兼有球形的特點，球徑小而分布均勻，并且有較大導電性、導熱性及表面活性，成為高強度高密度各向同性石墨材料、鋰離子二次電池電極材料、高比表面積活性炭材料和高效液相色譜的填充材料等的首選原料。已廣泛地應用于半導體工業(yè)、化學工業(yè)、機械工業(yè)、核能工業(yè)、新能源環(huán)保等領域。

中間相炭微球的形成過程以液相炭化理論為指導，瀝青類有機化合物在液相炭化過程中不斷進行熱分解反應和熱縮聚反應，同時在反應物系中，各向同性液相逐漸變成各向異性的中間相小球體，再經(jīng)過從液相變?yōu)楣滔嗟倪^程，中間相的各向異性程度不斷提高，大分子的結構逐漸縮聚成球，這就是中間相小球體的生成、融并、長大的過程。制備中間相炭微球的關鍵在聚合過程中生成大量的中間相小球體，并能適當控制小球體的生長，阻止小球體之間的融并，進而提高中間相炭微球的收率。

中間相炭微球的制備過程中，除了聚合條件對小球體的形成有重要影響外，原料的性質(zhì)和組成，如喹啉不溶物、甲苯不溶物的含量；外加物質(zhì)，如炭黑、石墨粉、焦粉及金屬化合物等對小球體的形成都有顯著影響。其中原生喹啉不溶物對中間相成核、生長和融并過程起著關鍵的作用，并影響中間相炭微球的聚結和結晶等方面。隨著原生喹啉不溶物的增加，中間相小球體的半徑下降，大喹啉不溶物的煤瀝青往往形成小尺寸的中間相小球體。有效控制中間相炭微球的生長條件，提高中間相炭微球的產(chǎn)品收率，降低成本，一直是研究開發(fā)的重點。專利02116840.7在制取炭微球過程中加入鐵、鎳、鈷氧化物為催化劑，以提高產(chǎn)品收率。專利CN103359702A在瀝青中添加含有高喹啉不溶物、高甲苯不溶物的瀝青類物質(zhì)，經(jīng)縮聚溶劑萃取、過濾分離干燥得到中間相炭微球產(chǎn)品。專利CN1100093C采用稠環(huán)芳烴原料與焦粉和石墨粉等添加劑為原料，經(jīng)熱縮聚后，采用兩步抽提的分離方法得到中間相炭微球產(chǎn)品。專利CN103274395A用煤瀝青和粉碎過篩后的石墨和催化劑制備可控粒徑的中間相炭微球。專利CN101920956A在中溫煤瀝青和高溫煤瀝青中加入松香的方法來形成大量的晶核，來提高中間相炭微球的收率，制得的中間相炭微球粒徑10-25μm，產(chǎn)率為50%-65%。專利CN102491307A將煤焦油瀝青和煤液化殘渣瀝青按比例混合，加入少量成核促進劑，在適宜條件下，生成含有中間相炭微球的瀝青，后用煤焦油的輕質(zhì)餾分和有機溶劑洗滌得中間相炭微球。在中間相炭微球的制備和生產(chǎn)過程中，要求原料中含有一定的喹啉不溶物，才能保證產(chǎn)品的粒徑和收率，一般的方式是加入金屬或金屬氧化物或成核促進劑，加入金屬或金屬氧化物為催化劑時，最后需要催化劑的脫除，并且微量元素的引入會對后續(xù)制品性能產(chǎn)生影響；加入石墨粉、焦粉、炭黑、細云母粉、氧化鋁顆粒、納米二氧化硅等成核促進劑時，在大規(guī)模生產(chǎn)條件下，大量的成核促進劑加入到原料瀝青中，很難均勻地分散在原料中，特別在成核促進劑在納米級的尺寸范圍，實際做到均勻分散幾乎不可能，這樣會引起反應的不均一，制備的中間相炭微球粒徑不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種煤瀝青基中間相炭微球的制備方法，以一種不同于以往那些用添加催化劑或炭黑、石墨粉、焦粉等引入晶核的方式處理瀝青原料，提高中間相炭微球產(chǎn)品的收率和粒徑均勻度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種煤瀝青基中間相炭微球的制備方法，包括聚合反應以及聚合反應產(chǎn)物的分離和干燥，首先對原料瀝青進行預處理，將原料瀝青自身的重相瀝青與原料瀝青重新混合，得到喹啉不溶物含量為6%～20%的混合瀝青，以混合瀝青為原料進行后續(xù)聚合反應，其具體操作步驟如下：

1）原料預處理：首先以煤瀝青為原料，與由芳香烴和脂肪烴按1:（0.6～1.2）的質(zhì)量比例制成的混合溶劑混合，加熱至100～180℃，攪拌后靜置沉降2～10h，沉降完成后抽出輕相油，將重相油在280～300℃蒸餾除去溶劑，得到原料瀝青自身的重相瀝青，再將未做處理的原料瀝青與得到的重相瀝青相混合，加熱至180～200℃，攪拌均勻后得喹啉不溶物含量為6%～20%的混合瀝青；

2）聚合反應：將混合瀝青裝入聚合反應器中進行聚合反應得到瀝青母液，聚合反應參數(shù)如下：聚合溫度：400～460℃，升溫速率：2～5℃/min，恒溫時間：2～12小時，攪拌速率：80～200轉/分，氣氛：在氮氣或氬氣為保護氣的條件下進行；