[發明專利]一種富氮細鑲嵌結構瀝青焦的制備方法

有效

• 申請號: 201910052254.0
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109609166B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 朱亞明;趙雪飛;趙春雷;徐允良;胡朝帥;程俊霞;高麗娟;賴仕全
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C10C3/02
• 分類號: C10C3/02;C10C3/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發明提供了一種富氮細鑲嵌結構瀝青焦的制備方法，將粉碎至粒度＜80目篩的中低溫煤瀝青為原料，將一定比例的芳香類富氮有機物(喹啉，異喹啉，2?甲基喹啉、4?甲基喹啉，2,4?二甲基喹啉)作為添加劑添加到中低溫煤瀝青中調控瀝青的熱轉化特性，依據共縮聚原理制備富氮細鑲嵌結構瀝青焦，能夠明顯拓展特種炭材料的來源，拓展燃料電池和光催化降解催化劑的來源，降低生產成本，減小環境污染、滿足煤焦油瀝青深加工制備高品質、低污染、高附加值炭素材料的需求。

技術領域

本發明涉及煤焦油深加工領域，尤其涉及一種富氮細鑲嵌結構瀝青焦的制備方法。

背景技術

中低溫煤瀝青在常溫下是一種呈現褐黑色的固體，是中低溫煤焦油(來源于低階煤在600℃熱解制備蘭炭時得到的熱解焦油)提取精細化學品原料后的大宗剩余物。中低溫煤瀝青是由分子量分布較寬的脂肪族化合物和芳香類化合物組成的復雜混合物，具有含碳量高、理化性質特殊、來源廣泛、和價格低廉等特點決定了它作為高性能炭材料前驅體的可行性。因此，根據中低溫煤焦油瀝青自身分子結構和元素組成的特殊性，對其進行進一步加工制備高性能炭材料，是提高中低溫煤焦油瀝青的附加值，提高經濟效益的重要途徑。

鑒于文獻中報道(材料導報,2016,30(8):127-131)，中低溫煤瀝青的分子結構中有較多的脂肪烴，并且芳烴中含有較多、較長的側鏈。依據縮聚原理和中低溫煤瀝青自身分子結構的特征，可以判定中低溫煤瀝青是制備細鑲嵌結構優質原料。芳香類富氮有機物(喹啉，異喹啉，2-甲基喹啉、4-甲基喹啉，2,4-二甲基喹啉)來源于煤焦油，與中低溫煤瀝青的分子結構有一定的共性，在與中低溫煤瀝青共縮聚過程中仍然可以形成鑲嵌瀝青炭，并且引入一定量的氮原子，經過焙燒處理后能得到富氮細鑲嵌結構瀝青焦。

富氮細鑲嵌結構瀝青焦，因其碳骨架的特殊性和富氮這一突出特點，在鋰離子電池負極、超級電容器、燃料電池的催化劑和光降解催化劑等方面有很好的應用，特別是在燃料電池和光降解催化劑領域，擁有著媲美貴重金屬系催化劑的催化效果，卻比貴重金屬系催化劑更廉價、更環保的優勢。因此，開發一種原料來源廣泛、簡單可控、可操作性強、成本低的富氮細鑲嵌結構瀝青焦方法意義重大。

發明內容

本發明提供了一種富氮細鑲嵌結構瀝青焦的制備方法，將粉碎至粒度＜80目篩的中低溫煤瀝青為原料，將一定比例的芳香類富氮有機物(喹啉，異喹啉，2-甲基喹啉、4-甲基喹啉，2,4-二甲基喹啉)作為添加劑添加到中低溫煤瀝青中調控瀝青的熱轉化特性，依據共縮聚原理制備富氮細鑲嵌結構瀝青焦，滿足煤焦油瀝青深加工制備高品質、高附加值炭素材料的需求。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種富氮細鑲嵌結構瀝青焦的制備方法，包括以下步驟：

1)將中低溫煤瀝青與芳香類富氮有機物按照質量比為100：10～50的比例加入混合器中混合均勻得到瀝青混合料，并將瀝青混合料加入高壓反應釜中；

2)將高壓反應釜放入電加熱爐中，并控制反應溫度至145℃～155℃，恒溫攪拌時間不低于30min；

3)繼續攪拌，電加熱爐繼續升溫至460℃～510℃，恒溫90min～300min，停止加熱，在整個升溫和恒溫過程中控制反應釜壓力為1.5MPa～2.5MPa，得到富氮生焦；

4)將富氮生焦轉移至焙燒爐中，通入N₂保護，按2℃/min～10℃/min的升溫速率升溫至600℃～900℃，恒溫1h～1.5h，得到富氮細鑲嵌結構瀝青焦。

所述中低溫煤瀝青的粒徑80目。

所述芳香類富氮有機物為喹啉、異喹啉、2-甲基喹啉、4-甲基喹啉、2,4-二甲基喹啉中的一種或幾種。

上述步驟2)中電加熱爐的升溫速率為5℃/min。

與現有的技術相比，本發明的有益效果是：