针状焦的制备与应用研究进展

针状焦的制备与应用研究进展
关 磊１ ꎬ张力嫱１ ꎬ张宇航１ ꎬ张 娜２
(１. 辽宁石油化工大学化学与材料科学学院ꎬ抚顺 １１３００１ꎻ２. 抚顺职业技术学院化学工程系ꎬ抚顺 １１３１２２)
摘要:针状焦是化工工业的重要原料之一ꎬ人造石墨的一种ꎬ具有流动纹理ꎬ椭圆形多孔结构ꎬ是制备高功率电极ꎬ
特种炭素材料及其复合材料的原材料ꎮ 因此ꎬ针状焦的制备以及应用研究迅速成为人造石墨研究领域的热点之
一ꎮ 针状焦分为油系和煤系两类ꎮ 制备过程受多种因素影响ꎮ 综述了针状焦的制备和应用的研究现状ꎬ讨论了该
研究领域亟待解决的困难和未来的发展前景ꎮ
关键词:针状焦ꎻ 制备ꎻ 应用ꎻ 进展
中图分类号:ＴＱ１６５
Hale Waihona Puke 文献标识码:Ａ 文章编号:１００１￣１６２５(２０１８)０９￣２８５７￣０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｅｄｌｅ Ｃｏｋｅ
１ 引 言
针状焦是一种重要的炭素材料ꎬ外表为银灰色ꎬ金属光泽的多孔人造石墨ꎮ 具有椭圆形孔结构ꎬ颗粒具 有针状的纹理ꎮ 针状焦具有较小热膨胀系数ꎬ较低的电阻率ꎬ并且耐热冲击性和抗氧化性强等特点ꎬ是制备 特种炭素材料及其复合材料、超高功率电极的原料[１￣３] ꎮ 根据生产原料的不同将针状焦分为两大类ꎬ一类是 以重油为生产原料的为油系针状焦ꎻ另一类是以煤焦油、沥青及其重要馏分为原料的为煤系针状焦[４￣５] ꎮ 在 制备的过程中ꎬ可以添加物理扰动来提高反应产率和引发化学反应ꎬ已经形成新的研究方向ꎮ 物理扰动包 括ꎬ添加磁场和超声波震荡等ꎮ 可以有效的控制形成针状焦化学反应的进程和速率[６￣７] ꎮ 磁场取向能够改善 产物的性能和方向性ꎬ减小结晶临界尺寸ꎮ 同时ꎬ原料的种类以及中间相的结构、压力、温度、保温时间等因 素也是重要的影响因素[８￣９] ꎮ 合成得到的结构如图 １ 所示ꎮ
２ 无磁场辅助制备
目前ꎬ我国高品质煤基针状焦的生产工艺尚未取得突破性进展ꎬ需要从发达国家进口原料ꎮ 我国从上世纪 末开始开发针状焦ꎮ 生产工业步骤包括原料预处理ꎬ延迟焦化ꎬ煅烧ꎬ成品等ꎮ 研究工艺过程主要集中在控制
基金项目:辽宁省教育厅项目( Ｌ２０１５２９９) ꎻ大学生创新创业训练项目(２０１５００５ꎬ２０１７０２０) 作者简介:关 磊(１９８１￣) ꎬ男ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ硕导. 主要从事针状焦制备与应用研究.
２８５８ 综合评述
硅 酸 盐 通 报
第 ３７ 卷
原料预处理、聚合时间、温度、压力和添加剂等因素ꎮ 煤系针状焦的生产工艺技术的优点和缺点如表 １ 所示ꎮ
方法 真空蒸馏法 溶剂萃取法
Ｍ￣Ｌ 法 闪蒸￣缩聚法
图 １ (ａ)有序结构的针状焦、(ｂ)多孔针状焦、(ｃ)含石墨烯针状焦 Ｆｉｇ. １ ( ａ) Ｏｒｄｅｒｅｄꎻ( ｂ) ｐｏｒｏｕｓꎻ( ｃ) ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｇｒａｐｈｉｔｅꎬ ｗｉｔｈ ａ ｆｌｏｗ ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖａｌ ｐｏｒｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ. Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅꎬ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｃａｒｂｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ ｅｔｃ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅ ｈａｖｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｂｅｃｏｍｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｔ ｓｐｏｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｇｒａｐｈｉｔｅ. Ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｃｏａｌ￣ｂａｓｅｄ ａｎｄ ｏｉｌ￣ｂａｓｅｄ ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅｓ. Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅꎻｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎꎻａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎻｐｒｏｇｒｅｓｓ
ＧＵＡＮ Ｌｅｉ１ ꎬＺＨＡＮＧ Ｌｉ￣ｑｉａｎｇ１ ꎬＺＨＡＮＧ Ｙｕ￣ｈａｎｇ１ ꎬＺＨＡＮＧ Ｎａ２
(１. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＳｃｉｅｎｃｅꎬＬｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＦｕｓｈｕｎ １１３００１ꎬＣｈｉｎａꎻ ２. Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＦｕｓｈｕｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＦｕｓｈｕｎ １１３１２２ꎬＣｈｉｎａ)
第 ３７ 卷 第 ９ 期 硅 酸 盐 通 报 Ｖｏｌ. ３７ Ｎｏ. ９
２０１８ 年 ９ 月 ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＥＳＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒꎬ２０１８
表 １ 煤系针状焦的生产工艺技术
Ｔａｂ. １ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏａｌ￣ｂａｓｅｄ ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｋｅ