中间相炭微球 PPT
碳材料PPT课件
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
Richard E. Smalley 1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
活性中间相炭微球在超级电容器中的应用
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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中间相炭微球负极材料
中间相炭微球负极材料简介中间相炭微球负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，具有高比容量、优良的循环稳定性和低成本等优点。
本文将对中间相炭微球负极材料的特性、制备方法以及在锂离子电池中的应用进行全面详细的介绍。
特性1.高比容量：中间相炭微球负极材料具有较高的比容量，可以存储更多的锂离子，从而提高锂离子电池的能量密度。
2.良好循环稳定性：中间相炭微球负极材料在长期充放电循环过程中具有较好的稳定性，能够保持较高的容量和循环寿命。
3.低成本：中间相炭微球负极材料的制备方法简单且成本较低，可以大规模生产，降低锂离子电池的制造成本。
制备方法中间相炭微球负极材料通常通过碳化硅模板法制备，具体步骤如下：1.制备硅模板：将硅颗粒与模板剂混合，通过高温煅烧得到具有孔隙结构的硅模板。
2.沉积碳源：将碳源溶液浸渍到硅模板中，经过干燥和热处理，使碳源在硅模板孔隙中沉积形成中间相炭微球。
3.模板去除：通过酸洗等方法将硅模板溶解，得到中间相炭微球。
4.表面改性：为了提高材料的导电性和循环稳定性，可以对中间相炭微球进行表面改性处理。
应用中间相炭微球负极材料在锂离子电池中具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：1.电动汽车：由于中间相炭微球负极材料具有高比容量和良好的循环稳定性，可以大幅提升电动汽车的续航里程和使用寿命。
2.便携式电子设备：中间相炭微球负极材料可以提供更高的能量密度和更长的使用时间，使得手机、平板电脑等便携式电子设备能够更加持久地使用。
3.储能系统：中间相炭微球负极材料的高比容量使其成为储能系统中的理想选择，可以提供更大的存储容量和更高的能量输出。
4.太阳能电池储能：中间相炭微球负极材料在太阳能电池储能领域具有广阔的应用前景，可以有效提高太阳能电池系统的储能效率和稳定性。
结论中间相炭微球负极材料是一种具有许多优点的新型锂离子电池负极材料。
通过合适的制备方法可以得到具有高比容量和良好循环稳定性的中间相炭微球。
在电动汽车、便携式电子设备、储能系统以及太阳能电池储能等领域都有着广泛的应用前景。
国标 中间相炭微球
中间相炭微球（MCMB）是一种具有特殊结构和性能的碳材料，广泛应用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等领域。
根据国家标准GB/T 24531-2009《中间相炭微球》，中间相炭微球是一种特殊的碳纳米颗粒，其直径一般在10-100纳米之间，呈球形或类球形结构。
中间相炭微球的主要特点是具有高的比表面积、良好的导电性和优异的电化学性能。
这些特性使得中间相炭微球在能源存储和转换领域具有广泛的应用前景。
例如，在锂离子电池中，中间相炭微球可以作为负极材料的添加剂，提高电池的能量密度和循环寿命；在超级电容器中，中间相炭微球可以提高电容器的比电容和功率密度；在燃料电池中，中间相炭微球可以提高燃料电池的效率和稳定性。
此外，中间相炭微球还具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在极端环境下保持良好的性能。
这使得中间相炭微球在航空航天、军事等高科技领域也具有重要的应用价值。
然而，中间相炭微球的制备过程复杂，需要通过高温裂解生物质或者石油焦等原料来得到。
因此，如何降低中间相炭微球的制备成本，提高其产量和质量，是目前研究的重要方向。
总的来说，中间相炭微球是一种具有广泛应用前景的新型碳材料。
随着科研技术的不断进步，我们有理由相信，中间相炭微球将在未来的能源存储和转换领域发挥更大的作用。
锂离子电池材料详解电芯课件.ppt
电解液在存储时间足够长，温度足够高时都会变色，因为
反应产生的PF5和其它反应产物都有颜色。
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谢谢！
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电用了安全性差，二次锂电一般不加在电解液中，而是用LiPF6。
有机溶剂：由于锂电池的电压为3－4V，而水的分解电压为
1.23V，所以不能用水做溶剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有 机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸乙烯脂）、DEC（二乙烯 碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。
是在热冲击性能方面，隔膜的收缩率和工艺设计余量影响 很大。
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5：锂电池用电解液
分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质
电解质：
LiAsF6、LiPF6、LiClO4、 LiBF4等，从导电率、热稳定性和
耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用。高氯酸锂安全性不好，
热稳定性差，加温易分解爆炸，而且其导电率低，用了装下活性物质的量；越
大越好，在单位体积内可使负极活性物质装的更多；
D50：要求在18－20微米之间，越小比表面积越大，
越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；
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天然石墨
天然石墨在电池中的优缺点
优点：石墨化度高，理论比容量高； 缺点：循环寿命差，要在其表面进行包覆才能使用 （沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）； 天然石墨改性。
r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%
碳负极材料的比容量
比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372 mAh/g 其计算方法如下：
金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂的原子量为6.94，碳的原 子量是12.01, 3860＊6.94/（12.01＊6）＝372 mAh/g 。
多孔炭材料ppt课件
多孔炭材料
所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料， 其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔 直到适于微生物增殖及活动的微米级大孔。
多孔炭材料具有耐高温、耐酸碱、导电、传热等一 系列优点。多种形态的活性炭是这类材料的典型例 子，它们在气体和液体的精制、分离以及水处理和 空气净化等方面已得到广泛的应用。 活性炭 活性炭纤维 膨胀石墨 微纳米多孔炭材料
吸附等温线是在恒定温度下平衡吸附量与被吸附气体压力 的关系曲线 。
BET吸附理论
吸附等温线类型
不同恒温时间下前驱体制备的活性炭比表面积
2
S p e c i f i c s u r f a c e a r e/ ag / m
1400 1200 1000 800 600 400 200
0 A C -h1
第四章 多孔炭材料
1971年，基辛格博士为恢复中美外交关系秘 密访华。在一次正式谈判尚未开始之前，基辛 格突然向周恩来总理提出一个要求：“尊敬的 总理阁下，贵国马王堆一号汉墓的发掘成果震 惊世界，那具女尸确是世界上少有的珍宝啊!本 人受我国科学界知名人士的委托，想用一种地 球上没有的物质来换取一些女尸周围的木炭， 不知贵国愿意否?”
炭化
活化
产品
分级
干燥
洗涤
优点：对环境无污染，缺点是收率不高，活化温度较高。
物理活化法工艺
反应主要工序为炭化和活化两个阶段。 炭化就是将原料加热，预先除去其中的挥发成分，
制成适合于下一步活化用的炭化料。炭化的实质 是有机物的热解过程，包括热分解反应和热缩聚 反应，在高温条件下，有机化合物中所含的氢、 氧等元素的组成被分解，炭原子不断环化，芳构 化，结果使氢、氧、氮等原子不断减少，炭不断 富集，最后成为富炭或纯炭物质。
中间相沥青微球
0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Capacity (mAh/g)
三、针状焦（Needle Coke)
3.1 性能和用途
二战以后，电炉炼钢朝大型化和超高功率（UHP）发 展，人造石墨电极在炼钢中作为电的导体使用，对电炉 炼钢的发展起着支撑性作用。
锂离子电池的特性-1
高的能量密度
与相同容量的Ni-Cd和NiMH电池相比，锂离子电池 的重量减少了一半，体积减 少了20％～50％。
锂离子电池的特性-2
高的工作电压
锂离子电池的工作电压为 3.6V左右，为Ni-Cd和NiMH电池的三倍，因此可以 减少所需电池的数目，利于 电子设备的微型化。
锂离子电池的特性-3
LixCy
负极反应
LiCoO2
+ yC
charge discharge Li1-xCoO2 + LixCy
总反应
在充放电的过程中，Li+在两个电极之间往返 嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅式电池”（Rocking Chair Batteries)。
锂离子电池理想的负极材料应满足以下要求
（1）电子导体 （2）嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金 属锂； （3）有较高的比容量； （4） 有较高的充放电效率； （5）在电极材料内部和表面，锂离子具有较高的扩 散速率； （6）具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定 性； （7） 价格低廉，容易制备。
无“记忆”效应
与Ni-Cd电池相比，锂离子 电池无“记忆”效应（在循 环过程中因充放电到未饱 和的程度而导致的充电容 量减小的效应），因此可 以实现部分充电。
中间相炭微球为原料制备石墨材料
中间相炭微球为原料制备石墨材料中间相炭微球是一种特殊的炭材料，具有高纯度和均匀的球形结构。
这种炭材料可以作为制备石墨材料的原料之一。
1.原料选择：中间相炭微球可以通过多种方法制备，常见的方法包括化学气相沉积、模板法、电化学法等。
在选择原料时，需要考虑炭微球的大小、形状和纯度等因素，以符合制备石墨材料的要求。
2.炭微球制备：中间相炭微球的制备一般通过碳源在特定条件下的裂解反应来实现。
在反应过程中，碳源会裂解生成炭原子，并在某种模板或催化剂的作用下形成球状结构。
这种球状结构的炭微球具有较高的比表面积和孔隙率，为后续制备石墨材料提供了有利条件。
3.石墨材料制备：利用中间相炭微球制备石墨材料的方法主要有两种：炭化法和石墨化法。
炭化法：将中间相炭微球在高温下进行热处理，使其中的非石墨碳转化为石墨结构。
这一过程中，炭微球会发生嵌入作用，形成具有层状结构的石墨纳米材料。
最后，通过退火等方式进一步提高材料的结晶度和石墨化程度。
石墨化法：在中间相炭微球表面涂覆一层石墨源材料，如天然石墨或石墨烯。
在高温下，石墨源材料会在炭微球上发生碳化反应，形成石墨材料。
这种方法可以使石墨材料具有更高的结晶度和导电性能，适用于一些高级应用领域。
4.石墨材料应用：制备好的石墨材料具有较好的导电性、导热性和机械性能等特点，广泛应用于多个领域。
电池材料：石墨材料可用作锂离子电池和超级电容器的负极材料，具有高的比容量和循环稳定性。
功能材料：石墨材料可用于制备导电墨水、导热材料、光催化剂等，用于电子器件、热管理和环境治理等领域。
复合材料：石墨材料可以与其他材料进行复合，用于制备轻质复合材料、导热胶粘剂和结构材料等。
总的来说，中间相炭微球作为原料制备石墨材料可以通过炭化法和石墨化法两种方法实现。
制备好的石墨材料具有多种应用，包括电池材料、功能材料和复合材料等。
这些石墨材料具有优异的性能，对于现代科技和工业的发展有着重要的作用。
中间相炭微球
中间相炭微球中间相炭微球(MCMB)是日本的Honda和Yamada于1973年从沥青中间相中通过溶剂选择分离出的，在此以后，对MCMB的研究快速发展起来。
MCMB是液晶状各向异性的小球体，它具有杰出的物化性能，如化学稳定性、热稳定性、优良的导热导电性能，是一种新型的具有很大发展潜力和应用前景的炭材料，因此它的出现引起了炭材料学界研究的兴趣。
MCMB由于其具有均匀的粒径和良好的球形特点，又兼具有独特的分子层面平行堆砌结构和自粘结性，已成为非常优质的炭材料前驱体，目前已被用于制备高强度高密度炭材料、高比表面积活性炭材料、高效吸附材料、催化剂载体、锂离子电池负极材料1等一系列高性能材料。
本文概述了MCMB的制备方法，及其生长机理和影响因素，并介绍了MCMB在高强高密各向同性炭材料、锂离子电池负极材料等方面的应用。
1中间相炭微球的制备1．1 中间相球体的生成、生长和融并MCMB的制备是以液相炭化理论为指导。
按照液相炭化理论，含有多环芳烃重质成分的烃类，液相炭化过程中生成大量的中间相小球体，要得到粒径均匀、形貌好的MCMB关键在于聚合过程中，怎样适当控制小球体的生长，并阻止小球体之间的融并，这就要控制好液晶分子的生长速率和流动性。
为了能够制备出性能更优异的MCMB，国内外学者对碳质中间相的形成理论进行了广泛而深入的研究，并提出了极具代表性的三种理论；一种为中间相形成机理的传统解释，有机芳香类化合物如煤焦油、沥青等在350～500℃下液相炭化，体系内不断进行着热分解以及热缩聚反应，脱氢后，形成了大量高聚物大分子，随着聚合程度的加深，分子量不断长大，到一定程度后，在范德华力的作用下形成片层叠合，为了体系内两相之间的稳定，片层堆叠到一定程度，形成具有各向异性的中间相小球体，中间相小球体继续聚合母液中的小分子，同时球体之间相互碰撞融并，逐渐成长为大的球体，这就是MCMB生成，生长和融并的过程。
对中间相形成机理进一步完善，提出了“微域构筑”理论，认为应该先由片状芳香分子组装成片状分子堆积单元，然后再堆叠成球形的微域，最后由微域堆积成中间相球体。
中间相炭微球(MCMB)生产技术与市场技术文献
中间相炭微球（MCMB）生产技术与市场技术文献大连科技局信息中心创新专题中间相炭微球(MCMB)因其具有良好的化学稳定性、热稳定性和优良的导电、导热等特性，广泛用于锂离子二次电池负极材料、高密高强C／C复合材料、高性能液相色谱柱填料、高比表面活性炭材料等领域¨。
特别是20世纪9o年代研制出以MCMB为负极材料的锂离子二次电池，大大地推动了MCMB的工业化应用，MCMB已成为一种具有良好应用前景和开发潜力的炭材料。
中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads ,简称为MCMB) 是随着中间相的发现、研究而发展起来的。
最早发现MCMB 的时间可追溯到1961 年,Taylor 在研究煤焦化时发现在镜煤质中有一些光学各向异性的小球体生成、长大进而融并的现象,最终生成了镶嵌结构。
实际上,这些各向异性的小球体就是MCMB 的雏形。
1964 ～ 1965 年,Brooks 和Taylor 发现在沥青液相炭化初期有液晶状各向异性的小球体的生成,此小球体不溶于喹啉等溶剂中,该小球体即为MCMB 的前驱体(沥青中间相球体) ,这为中间相研究奠定了基础。
这时人们对MCMB 的认识还很不足,直到1973 年,才从液相炭化沥青中分离出MCMB ,并开始利用球晶制造无粘结剂各向同性高密度炭材料。
在此以后,对MCMB 的研究快速发展起来。
1978 年,Lewis 在热台显微镜上发现了中间相的可溶热变特征,并最终认定中间相可以包括溶剂不溶的高分子量组分及溶剂可溶的低分子量组分。
此后,日本学者也先后发现了可溶中间相,并对其结构进行了阐述。
1985 年持田勋、山田和本田发表了题为《溶剂可溶中间相和溶剂不溶中间相》的文章,发展了炭质中间相理论,为研究MCMB 提供了更有力的理论指导。
从中间相炭微球发现至今近40 年来,对MCMB 结构、形成机理、球晶分离技术、应用等领域进行了广泛研究,初步得出了MCMB 的结构模型(“地球仪”型和“洋葱”型) 、形成机理, 并提出了几种生产MCMB 的方法。
锂电负极常青树---中间相炭微球
锂电负极常青树---中间相炭微球锂电负极常青树---中间相炭微球锂电负极材料常青树——中间相炭微球（MCMB ）锂离子电池商业化至今已有几十个年头，材料变化可谓日新月异，正极材料从最开始的钴酸锂到锰酸锂、三元材料，再到今日火爆市场的磷酸铁锂，负极材料从硬炭到中间相炭微球（MCMB ）、人造石墨、天然石墨、合金材料等，每一种材料都在特定的应用领域中受到认可，而其中的中间相炭微球更是横跨多个领域而长盛不衰，一款容量不高，成本却非常高的材料何以有如此旺盛的生命力呢？让我们先来回顾一下它的历史，中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads ,简称为MCMB) 发现于1961 年, 1985 年持田勋、山田和本田发展了炭质中间相理论, 为研究MCMB 提供了更有力的理论指导。
上个世纪九十年代，锂离子电池刚刚兴起时，负极材料以硬炭为主，容量只有200mAh/g左右，锂离子电池高比能量的优势并没有得到完美体现，中间相炭微球的出现改变了尴尬的局面，以接近300mAh/g的高容量迅速占领了市场，成为了当时手机、数码类产品用锂离子电池的主要负极原材料，锂离子电池的市场也就此成爆炸式的发展开来。
进入二十世纪，人造石墨和天然石墨以更高的容量和较低的成本逐步代替了常规锂电中的中间相产品，中间相的销量一度进入低谷，国内外中间相炭微球制造商纷纷减产甚至停产。
但一个新的市场孕育而生，航模、电动工具等高倍率要求的产品逐渐将目光转向了锂电，天然石墨和人造石墨在倍率性能上的劣势让其对此市场望而生畏，中间相炭微球再次力挽狂澜，加快了锂离子电池取代镍镉镍氢的步伐。
2021年以后，锂电在新能源行业的应用逐渐兴起，动力电池高安全、长循环的特性让业界再次将目光集中到了中间型炭微球上。
MCMB 碳具有好的质量比容量（约300mA ·h/g）和低的不可逆质量比容量（约20 mA·h/g）, 而低成本的石墨具有高的质量比容量（350 mA ·h/g），但其不可逆质量比容量（约50 mA ·h/g）比MCMB 碳的高，同时显示出较高的容量衰减率，这对要求长循环，高体积比能量的动力电池而言不太适合。
功能碳材料 中间相炭微球特征及储锂性能
1、简述中间相炭微球的结构特征，影响其结构的因素有那些？举例说明答：MCMB结构有“地球仪”型、“洋葱”型、“同心圆”型、“平行层”结构和“弯曲层”结构等结构。
影响因素有沥青类化合物的种类、组成等；添加剂种类；热缩聚温度和时间；反应环境压力；环境气氛等因素。
①从原料来看，决定反应完成后中间相微球粒径大小的主要因素取决于沥青混合物中分子在系统加热时发生反应，形成的稠环芳烃（一次QI）在溶液体系中的含量。
根据文献2，随着稠环芳烃含量的增加，MCMB的产量增加，粒径减小。
稠环芳烃含量的增加会增大溶液粘度，抑制中间相小球的生长和融合，证明稠环芳烃在MCMB的初生和成长过程中起着关键作用。
因为不同的沥青化合物反应后产生的稠环芳烃的量不同，所以这可以说明不同种类的原料沥青类化合物会影响MCMB的结构。
②从添加剂来看，物理添加剂主要通过外观形貌（几何形状和尺寸大小）对碳质中间相的形成和发展产生影响；化学添加剂主要靠其化学性质来影响中间相的形成和发展。
根据文献1中描述，以二茂铁为添加剂进行反应，不仅可以充当物理添加剂的作用，具有“形核”和“防止融并”的作用，还可以诱导微球内部分子定向排列。
即随着热缩聚反应温度的提高，芳烃化合物可以与二茂铁反应生成α-Fe并吸附在芳烃缩聚物表面，对热缩聚反应具有催化作用，在一定程度上促进片层分子的有序堆积。
与使用炭黑为添加剂制得的中间相微球对比，添加二茂铁制备中间相沥青微球的热缩聚收率和微球产率都较高。
③从温度和反应压力来看，中间相是液相炭化反应的一个中间状态，所以反应温度对其影响极大，而且密闭环境下温度变化可以改变压力大小通过改变反应体系内组份含量来调节体系粘度，从而控制反应根据文献2，随着反应温度的升高，反应体系中中间相热转化速度加快，导致经由热分解得到的低分子化合物增多，高温下气体又发生膨胀，所以体系的压力增加。
又由于高温下沥青中各种平面芳香分子之间缩聚程度的增加，形成分子量大、热力学稳定的稠环芳烃，使体系的粘度增大，导致中间相沥青软化点随反应温度的升高而升高，而且这种反应导致了中间相小球的生成和生长，提高了中间相小球的粒径。
中间相炭微球产业化工艺
中间相炭微球产业化工艺前言中间相炭微球是一种新兴的材料，具有许多优良的性能和广泛的应用前景。
本文将详细介绍中间相炭微球的产业化工艺及其相关问题。
什么是中间相炭微球中间相炭微球是一种具有孔隙结构和高比表面积的碳材料微球。
它由天然或合成的有机物作为前驱体，在高温条件下经过碳化反应而制得。
中间相炭微球的外观呈球状，直径一般在几十纳米到几个微米之间。
中间相炭微球的性能1.高比表面积：中间相炭微球具有高度多孔结构，可以提供大量的活性表面，使其具有较高的比表面积。
2.良好的化学稳定性：中间相炭微球在常规的化学反应条件下具有较高的稳定性，可以应用于各种催化和吸附反应。
3.良好的导电性和导热性：中间相炭微球具有良好的导电性和导热性，适用于电子器件和能源储存材料等领域。
4.良好的机械强度：中间相炭微球的结构稳定性较好，具有一定的机械强度，适用于负载和固定其他催化剂。
中间相炭微球的产业化工艺前驱体选择中间相炭微球的合成过程首先需要选择合适的前驱体。
常用的前驱体有天然有机物如淀粉、葡萄糖等，也可以选择合成有机物作为前驱体。
碳化过程在碳化过程中，前驱体经过一系列的加热和处理，使其中的有机物分解并形成碳骨架。
这个过程需要控制好温度和反应时间，以确保产物的质量和性能。
表面修饰中间相炭微球的表面经常需要进行修饰，以改变其性能和应用领域。
常用的表面修饰方法有氧化、还原、功能化等，可以通过改变表面基团和形成复合材料来实现。
中间相炭微球的应用领域1.催化剂载体：中间相炭微球具有高比表面积和良好的化学稳定性，可以作为催化剂的载体，在化学催化反应中发挥重要作用。
2.吸附剂：中间相炭微球的多孔结构可以提供大量的吸附位点，可用于废水处理、气体吸附等领域。
3.电子器件：中间相炭微球具有良好的导电性和导热性，可以应用于电子器件中，如电池、传感器等。
4.能源储存材料：中间相炭微球可以作为电容器、锂离子电池等能源储存材料的电极材料。
中间相炭微球产业化面临的挑战和展望中间相炭微球的产业化仍面临一些挑战。
宝舜科技中间相炭微球项目消防专篇
宝舜科技股份XX 500吨/年中间相炭微球项目消防设计专篇工程号：HS140078XXX市化工XX二0一四年九月宝舜科技股份XX 500吨/年中间相炭微球项目消防设计专篇工程号：HS140078X设计单位：XX市化工XX设计单位法定代表人：郭平设计单位联系人：贾宪洪设计单位联系：0XX市化工XX二0一四年九月宝舜科技股份XX500吨/年中间相炭微球项目消防设计工作人员组成人员XX 专业名称签字备注项目负责人胡德昆编制人胡德昆工艺林晓辉总图王长浩给排水及消防杜镇电气侯宪学自控X瑞莲设备李文南暖通夏华土建何晨晨概预算审核人郭保君审定人黄汝秋目录目录11设计依据及规X11.1 设计依据11.2 设计标准、规X和规定12 工程概况22.1 工程简介22.2 工程地理位置简介22.3 消防设施现状43 建设项目的生产性质、生产规模43.1 建设项目的性质、本设计所承担的任务及X围4 3.2 建设项目的组成43.3 建设项目的装置规模53.4 工艺流程简介63.5 火灾危险分析及对消防的要求114 建设项目防火措施234.1总图244.2 建筑264.3 电气、自控265 消防设施的组成295.1 消防用水量295.2 消防水源295.3消防供电295.4 消防通道305.5 消火栓设置305.6 消防灭火器配置306 预期效果及建议316.1预期效果316.2建议31附件附图321设计依据及规X1.1 设计依据1、《中华人民XX国消防法》（全国人大常委会2008年10月28日）。
2、《建设工程消防监督管理规定》（中华人民XX国公安部令第106号）。
3、宝舜科技股份XX与XX市化工XX共同签订的《宝舜科技股份XX500吨/年中间相炭微球项目建设工程设计合同》及附件。
4、宝舜科技股份XX提供的基础资料：（1）地理气象资料（2）厂区地勘报告（3）厂区规划图1.2 设计标准、规X和规定1.《建筑设计防火规X》GB50016-20062.《火灾自动报警系统设计规X》GB50116-20133.《建筑灭火器配置设计规X》GB50140-20054.《爆炸危险环境电力装置设计规X》GB50058-20145.《化工企业静电接地设计规程》HG/T20675-19906.《建筑物防雷设计规X》GB50057-20107.《建筑抗震设计规X》GB50011-20108.《消防安全标志设置要求》GB15630-19959.《工业企业总平面设计规X》GB50187-201210.《防止静电事故通用导则》GB12518-199011.《供配电系统设计规X》GB50052-200912.《石油化工企业设计防火规X》GB50160-20082 工程概况2.1 工程简介项目名称：宝舜科技股份XX500吨/年中间相炭微球项目项目建设单位：宝舜科技股份XX建设地点：XX省XX市铜冶煤化工园区2.2 工程地理位置简介2.2.1地理位置本项目建设于XX省XX市铜冶煤化工园区宝舜科技股份XX厂区内。
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• 原料——必须具有能够形成中间相的组分
热缩聚后能生成大量分子量较大的多环芳 烃化合物；
具有较好的流动性，使多环芳烃化合物能 比较规整地定向排列； • 通常，有煤沥青、煤焦油、石油渣油沥青 • 也有合成树脂、合成沥青等
中间相炭微球的制备
• 原料改性 • 为制备高收率、高性能或其他特殊要求的
MCMB，可在原料中添加一些有机化合物， 如石蜡、四羟基化合物、苯醌等进行改性。 • 改性本质是使原料体系既含有具有高度反应 性的稠环芳烃组分，又有一定数量的烷烃链， 从而改善其相容性，并使热缩聚过程中物料 流动性好，促进中间相生成。 • 改性缺点是成本大量增加，制备工艺复杂。
中间相炭微球
• 沥青类化合物热处理时，发生热缩聚反应 各向异性的中间相小球体，把中间相小球 从沥青母体中分离出来形成的球形碳材料 就称为中间相炭微球 (Mesocarbon microbeads,MCMB)。
• 20世纪60年代，在研究焦炭形成过程中发 现中间相小球。
• 1973年，Honda和Yamada把中间相小球 从沥青母体中分离出来，得到中间相炭微 球。
• 缺点：工艺复杂繁琐，MCMB必须经不熔 化处理，且制备过程中存在困难，工业化 前景暗淡。
• 中间相小球的分离方法
溶剂分离法
根据中间相与沥青母体对 溶剂不同的溶解度选择溶 剂，把沥青母体中非中间 相组分溶解。但需消耗大 量溶剂，回收工序复杂， 不利于工业化生产。
离心分离法
采用离心机进行分离。 工序简单，用途广泛， 能够与连续化生产匹配， 是工业化生产的主要方
法。
• 碳质中间相
碳质中间相首先由Brooks和Taylor在前 人工作的基础上研究煤的焦化时所发现。
所谓碳质中间相是指沥青类有机物向固体 半焦过渡时的中间液晶状态。
• 炭质中间相的形成机理
对炭质中间相的形成理论的研究大 致经历了三个阶段，形成了具有代表 性的三种理论：
传统理论
“微域构筑”理论
“球形单位构筑”理论
• 中间相炭微球具有杰出的物化性能,如 化学稳定性、热稳定性、优良的导电 和导热性能等，是一种新兴的具有极 大开发潜力和应用前景的碳材料。
• 从中间相小球出发可以制备高密高强 C/C复合材料、高性能液相色谱柱材 料、高比表面积活性炭材料、锂离子 电池负极材料等一系列高性能碳材料。
• 原料 • 添加剂 • 制备工艺
• 直接热缩聚法工艺流程图
原料 加热聚合 中间相 溶剂分离 沥青 惰性气氛 沥青
中间相 沥青微球
中间相 炭微球
不熔化处理 碳化
• 直接缩聚法特点
• 优点：工序简单，条件易于控制，易实现 连续生产。
• 缺点：小球尺寸分布宽，形状和尺寸不均 匀，收率低。
• 乳化法工艺流程图
中间相 沥青
硅油
搅拌 加热
随片状液晶体浓度增加，为使平行排列的平面 分子所形成的新相稳定，要求体系表面自由能最 小，因而转化为表面体积最小的圆球形。
中间相炭微球的形成机理
传统理论
中间相炭微球的形成机理
• 传统理论
传统理论把中间相球体长大的原因归结为：1）吸收母 液分子，却没有给出吸收的条件过程；2）球体间的想 到融并，融并的前提是球体片层间的相互插入，但这种 片层间插入所需的能量不仅要高而且球体相遇插入的实 现几率较小。
如：添加铁的化合物（二茂铁、羰基铁等）
作用机理：这类化合物可以溶于液相沥青中， 在升高温度时分解成铁粒子，由于铁的高引 发性，促使沥青形成芳香族化合物缩聚物， 并从各向同性沥青分离出来作为中间相小球 生长的晶核，同时铁粉末把小球同母体沥青 界面隔离开，防止小球融并，铁还可以与硫 反应除去系统中的有害组分硫。
冷却
乳化液
悬浮液
离心
分离
中间相 炭微球
不熔化 中间相 苯洗涤 碳化 沥青微球 干燥 小球体
• 悬浮法工艺流程图
可溶性中间相沥青
溶剂
表面活性剂
沥青溶液
悬浮介质
悬浮液
中间相沥青微球分散体系 脱除溶剂 过滤精制 中间相沥青微球 不熔化处理、碳化 中间相炭微球
• 间接法特点
• 优点：MCMB尺寸分布较窄，内部轻组分 含量低，杂质很少。
• 传统理论
沥青加热到>350℃时，经过热解、脱氢、环化、 缩聚和芳构化等反应，形成分子量大、热力学稳 定的多核芳烃化合物的低聚物，并相互堆积、成 为两维有序的聚集体。
随反应程度的提高，低聚物的分子量和深度增 大。由于缩聚分子呈平面状，分子厚度几乎不变。 随分子量增加，分子长径比不断增加，当长径比 超过一临界值时，发生相转变，成为有序的片状 液晶体。
中间相炭微球的形成机理
• “微域构筑”理论 由日本学者Mochida等人提出，认为炭质中间
相的形成过程是先形成具有规则形状的片状分子 堆积单元，然后由片状分子堆积单元构成球形的 微域，再由微域规程成中间相球体的过程。
中间相炭微球的形成机理
• “微域构筑”理论避开了球体片层之间相互插入 而长大的不合理解释，但引入了实际上并不存在 的片状分子堆积单元（即，规则微晶），使得该 理认也有待改进。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
中间相炭微球的制备
• 添加剂——促进中间相小球生成，阻止其融 并
如：添加炭黑
作用机理：通常认为炭黑在中间相初生过程 中可以起到成核作用，促进小球生成；在中 间相小球长大过程中，一部分炭黑可以附前 瞻在中间相小球表面，阻止小球相互融并。
中间相炭微球的制备
中间相炭微球的制备
中间相炭微球的制备
• 中间相炭微球的制备工艺
中间相沥青
热缩聚反应
分离或分散
原料沥青
中间相沥青微球
预氧化 碳化
中间相炭微球
• 中间相炭微球的制备方法
直接缩聚法
把原料在惰性气氛下热缩聚， 在一定温度和停留时间下， 制得含有中间相小球的沥青
间接法
乳化法 悬浮法
把原料经过较严格的条件制得 100%的中间相沥青，再经研 磨或分散来制得中间相小球
中间相炭微球的形成机理
• “球形单位构筑”理论
天大化工学院李同起、王成扬等人在研究非均 相成核中间相形成的基础上，提出了含有一定喹 啉不溶物的煤焦油沥青中中间相形成的“球形单 位构筑”理论，该理论认为：中间相形成和发展 过程是三级结构的连续构筑，先由小芳香分子缩 聚形成大平面片层分子（一级结构），再由大平 面片层分子层积形成球形的中间相构筑单元（二 级结构），然后由这些构筑单元直接堆积形成中 间相球体（三级结构）。