中间相沥青碳微球的制备
高比表面积中间相沥青基活性炭微球的制备
AC450 - 5 AC500 - 5 AC550 - 5 AC500 - 3 AC500 - 7
3310 3451 3070 1622 3388
孔容 / cm3. g - 1
1. 866 1. 909 1. 794 0. 872 2. 363
平均孔径 / nm
2. 268 2. 224 2. 348 2. 185 2. 805
及活化剂配比影响着活性炭微球的孔结构 ,样品中 AC250025具有最高的比表面积 , 3 451 m2 ·g- 1。
参 考 文 献
1 李同起 , 王成扬. 中间相炭微球研究进展. 炭素技术 , 2002; 3: 24 —29
2 Yang Shubin, Song Huaihe, Chen Xiaohong. Electrochem ical per2 formance of expanded mesocarbon m icrobeads as anode material for lithium 2ion batteries. Electrochem istry Communications, 2006; 8 ( 1) : 137—142
3 宋怀河 , 陈晓红 , 章颂云 , 等. 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 : 28—33
4 崔小浩 , 李生华 ,宋怀河 , 等. 中间相炭微球摩擦性能研究. 摩 擦学学报 , 2002; 22 ( 4) : 258—261
5 包丽颖 , 吴锋 , 苏岳锋. 石墨类负极在非对称电化学电容器中的 应用. 电子元件与材料 , 2007; 26 (3) : 20—23
采用美国麦克 ASAP2020自动吸附仪测试活性 碳比表面积与孔结构 ,由相对压力为 0. 95时的氮吸 附值换算成液氮体积得到总孔体积 ,由 BJH 法求得 孔径分布 。
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。
中间相沥青碳微球的制备
中间相沥青碳微球的制备姓名：***学号：************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。
中间相沥青微球
高密高强炭
由石油系 MCMB 制备的高密高强各向同性炭块的性能 制备条件 抽提 7 次 抽提 3 次， 250 ℃ -40min. 氧化 生 坯 密 度 （g/cm3） 1.409 1.357 1000 炭化后 抗 弯 强 度 密度（g/cm3） （MPa） 1.757 31.9 1.711 83.1
2、原料结构与性能
原料化学组成决定了它的反应性： 1) 稠环芳烃的构型（渺位、迫位）； 2）烷基取代基； 3）环烷结构； 作用：氢转移；宽的熔融温间。 4）O、N、S等杂原子含量； 5）一次QI（喹啉不溶物）含量及其它外来添 加物； 6）族组成、分子量分布； 7）催化剂的加入。
3、反应条件的控制
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。
Fig.2 Charge/discharge properties of Osaka MCMB/Li battery
0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Capacity (mAh/g)
三、针状焦（Needle Coke)
中间相沥青炭微球的乳液法制备及电化学性能研究的开题报告
中间相沥青炭微球的乳液法制备及电化学性能研究的开题报告一、研究背景及意义随着环保意识的日益提高和石油资源的日益枯竭，寻找一种新型高效电化学储能材料成为了当下的热点研究方向。
相沥青炭是一种具有良好的导电性、化学稳定性和高比表面积的电极材料，常用于锂离子电池、超级电容器等领域。
但传统的相沥青炭制备方法存在成本高、能源消耗大、环境污染等问题。
乳液法是一种以油/水界面上的胶粒为中介，在乳液体系中使用物质合成新材料的技术。
近年来，乳液法制备相沥青炭微球的研究逐渐被人们关注，相比传统制备方法，具有反应速度快、设备简单、产品单分散性好等优点。
因此，开展基于乳液法制备相沥青炭微球的研究具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容本研究将基于乳液法制备相沥青炭微球，研究其制备工艺及电化学性能。
1. 制备工艺优化：通过对乳液体系的pH值、乳化剂种类及用量、反应时间等因素进行调节，得到制备相沥青炭微球的最优化工艺。
2. 物性表征：使用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等多种测试手段对制备的相沥青炭微球进行形貌、结构、化学成分等方面的表征。
3. 电化学性能测试：在电化学工作站上对相沥青炭微球的电化学性能进行测试，包括充放电循环性能、容量保持率等指标的测定，以及与传统相沥青炭的对比研究。
三、研究计划本研究计划分为以下几个阶段：1. 阅读文献，调研乳液法制备相沥青炭微球的相关技术及应用现状，明确研究目标并制定研究方案。
预计耗时2周。
2. 制备相沥青炭微球，优化制备工艺，对制备的微球进行形貌、结构、化学成分等方面的表征。
预计耗时4周。
3. 在电化学工作站上测试制备的微球的电化学性能，并与传统相沥青炭进行对比研究。
预计耗时4周。
4. 撰写研究报告，总结研究成果，并对未来的研究方向进行展望。
预计耗时2周。
四、预期成果1. 完成基于乳液法制备相沥青炭微球的研究，得出最佳制备工艺，并对制备的微球进行形貌、结构、化学成分等方面的表征。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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.。