中间相沥青碳微球的制备

中间相沥青碳微球的制备

姓名：张雪萍

学号：201202020322

班级：2012级化药3班

学院：材料与化学化工学院

中间相沥青碳微球的制备

张雪萍成都理工大学材料与化学化工学院摘要：本文将采用热缩聚法制备中间相沥青碳微球，往煤焦油沥青中加入一次QI，可促进中间相小球的快速生成并防止其融并，提取时采用四氢呋喃做溶剂，能得到可以得到球形度好、收率高、中间相含量高的中间相炭微球。

关键词：煤焦油沥青碳微球制备

1 引言

中间相碳微球（MCMB）由于具有层片分子平行堆砌的结构，又兼有球形的特点，球径小而分布均匀[1]，已经成为很多新型炭材料的首选基础材料，如锂离子二次电池的电极材料、高比表面活性炭微球，高密度各向同性炭一石墨材料、高效液相色谱柱的填充材料[2]。制备收率高球型好的MCMB成为近几年研究的热点。MCMB的制备方法主要有热缩聚法、乳化法、悬浮法[1,6]。但乳化法和悬浮法由于工艺复杂，应用有限。热缩聚法缩聚法具有工序简单、制备条件容易控制、易实现连续生产等优点，但由于热缩聚法在反应过程中发生小球体融并现象从而使得小球的尺寸分布宽且粒径不均匀，从而限制了中间相碳微球的收率[3]。

热缩聚法是是通过直接热处理使稠环芳烃原料首先缩聚形成中间相小球，然后采用适当的手段将小球从母液沥青中提取出来[4]。在该法制备中间相炭微球过程中, 影响MCMB 质量和产量的热缩聚条件主要有升温速率、恒温时间、恒温温度、搅拌速度以及力场、磁场

等, 其中温度和时间是最主要的影响因素[5]。反应恒定温度对制备MCMB 的影响最大, 随温度升高, 中间相小球体收率明显增加。

2 实验部分

2.1实验原料

以煤焦油沥青为原料，外加物为一次QI，以四氢呋喃（化学纯）作为提取微球时的分离溶剂。

2.2反应步骤

将煤焦油沥青料装入一定容量的反应釜中,外加一定量的一次QI，密封以隔绝空气, 然后在纯N2保护下以一定的升温速率升到250℃，加热搅拌1h，将体系压强增大到30Mpa，将温度升到600℃，在该温度下持续搅拌一段时间后，自然冷却至室温，得到中间相沥青。选择四氢呋喃作溶剂分离，对所得中间相沥青作多次进行溶剂分离处理，采用过滤方法从四氢呋喃溶液中分离出来,并用苯冲洗。

2.3 分析方法

2.2.1 形貌分析

采用扫描电镜主来对合成的碳微球进行形貌分析，观察样品的形态，主要观察中间相碳微球的形貌以及球体球径的大小，得到电镜下CMBC的形貌图。

2.3.2 粒度分析

利用激光光度仪测量碳微球的散射角，利用激光衍射法，来计算CMBC的粒径大小，绘制中间相碳微球的球径分布曲线图。

2.3.3 中间相碳微球的收率

中间相碳微球的收率计算公式Y=(m0 x m1)/(m x m2)

式中：

Y —中间相碳微球的收率，％；

m —原料的质量，g；

m0—热聚合反应后得到的中间相沥青质量，g；

m1—称取的中间相沥青的质量，g；

m2—经溶剂分离后的中间相碳微球质量，g。

2.4改进地方及原因

2.4.1外加一次QI

在原来的方案中新生的中间相小球体作为一种新相存在于煤焦油这样的低粘度母液中, 由于表面张力的作用相互之间有极易融并的趋势。往沥青中加入炭黑类物质（如炭黑、一次QI等），可促进中间相小球体的快速生成并阻止其融并，能提高CMBC的收率。

2.4.2 反应在高温高压下进行

由于体系温度和压力较高，煤焦油沥青中的芳烃在此气温下迅速聚合成微球并因粘滞效应导致球体难以长大，粒径一般5μm以下，呈现串珠葡萄形态，收率较高。同时，高温加热，中间相形成速度加快，有助于较短时间内得到中间相。

2.4.3 用四氢呋喃作分离溶剂

原来的方案以吡啶作分离溶剂直接提取CMBC，吡啶易刻蚀CMBC表面，使球形度变差。四氢呋喃对沥青的溶解度比吡啶小，因

此用四氢呋喃作溶剂，分离后不溶物收率高，尺寸较大，球型度好。参考文献：

[1]杨俊和,金鸣林.中间相炭微球(McMB)的制备与应用.材料导

报.2011-15(8):51-53.

[2] 李同起，王成扬. 中间相炭微球研究进展.[J].炭素技术，

2002(3).

[3] 李春艳. 中间相碳微球的制备与研究. 长沙理工大学.2013-4.

[4] 李宝华，吕永根，李开喜，吕春祥，凌立成.中间相沥青碳

微球的制备及其嵌锂行为的研究.[J].宇航材料工艺.2001(6).

[5] 宋怀河，陈晓红，章颂云，高燕.中间相沥青炭微球及其在

锂离子二次电池方面的应用.炭素技术.2002-1:29-33.

[6] 王红玉.中间相炭微球制备与形成机理的研究.太原理工大

学.2008-5.