以褐煤为原料制备水溶性沥青

以褐煤为原料、亚硫酸铵为磺化试剂,制备水溶性沥青.实验探索了反应时间、反应温度、亚硫酸铵用量、甲醛用量、氨水浓度对水溶性沥青产率及其性能的影响.结果表明：3g原料沥青、1g亚硫酸铵、1mL甲醛、30mL 40％氨水,反应时间1.5h,反应温度75℃条件下制备的沥青水溶物为59％.     

煤系针状焦原料在成焦过程中的XRD结构分析

低QI(原生喹啉不溶物)含量的软沥青（SCTP）是制备煤系针状焦的优选原料,研究其在成焦过程中的结构变化有助于高品质针状焦的研制。基于样品的X射线衍射（XRD）数据,利用Smarsly团队开发的CarbX软件对其全谱拟合,定量出SCTP在不同炭化温度（400,500,600,800,1 000,1 200和1 400 ℃）下的微晶结构参数,进而在纳米尺度下研究SCTP的热致结构变化情况。结果表明,随炭化温度升高,微晶堆垛的石墨烯层大小L_a从初始沥青的10.3 Å逐步增大到1 400 ℃的47.9 Å,但在500 ℃前L_a增加缓慢,只有当温度超过800 ℃后,L_a才显著增大,这表明需要800 ℃以上的高温才能使交联石墨烯层内的原子重组,进而导致微晶长大。然而,石墨烯碳网的C—C键长l_cc受温度的影响很小,在1.41~1.42 Å范围内变化。由于SCTP在液相炭化成半焦过程中存在中间相转化,导致微晶堆垛高度L_c在500 ℃前逐步增大,在500 ℃时达到最大（L_c=31.1 Å）,随后由于半焦进一步热解缩聚,使L_c逐步减小,在1 000 ℃时达到最低点（L_c=15.4 Å）,超过1 000 ℃后又开始增大。与L_c的变化趋势相同,堆垛的石墨烯层数N从原始沥青的2.66层增加到500 ℃的约9.05层,随后减小到1 000 ℃的4.55层,超过1 000 ℃后又开始增大。由于500 ℃前样品仍处于沥青态,所以此阶段微晶的石墨烯层间距a₃都较大,约为3.50 Å。当在500 ℃变为半焦后,a₃迅速减小至3.44 Å。随后温度升高,a₃在1 000 ℃达到最小（a₃=3.39 Å）,1 000 ℃后又开始增大,这表明焦炭经历了收缩再膨胀过程。通过CarbX软件拟合样品的XRD数据,除了可得到样品炭微晶的主要尺寸（L_a,L_c,N,a₃）信息外,还可获得这些参数的分散性（k_a,k_c,σ₃,ε₃）以及堆垛的取向性（q）、均匀性（η）和无序碳含量（c_un）等信息,有利于深入了解样品的微观结构,有助于优质针状焦的生产。     

煤系针状焦微晶结构的XRD与Raman分峰拟合定量研究

采用XRD和Raman光谱分析技术,结合分峰拟合的数学方法,对不同生产厂家的三种煤系针状焦Coke-N,Coke-H,Coke-P进行了研究。由XRD分析结果计算出了三种针状焦的石墨化度、晶体结构类型以及晶粒尺寸(La和Lc),通过对XRD的分峰拟合处理,得出了三种针状焦中趋于规整结构的碳微晶含量(Ig)。通过对样品的XRD分析可知,Coke-N和Coke-P的石墨化程度及Lc相接近,并且明显大于Coke-H;La之间的关系为:Coke-NCoke-PCoke-H。通过Raman光谱结合分峰拟合的数学方法对样品进行了定量分析。研究结果表明,三种针状焦在拉曼位移1 000~2 000cm-1处有5个一阶谱拟合峰(G,D1,D2,D3,D4)。对样品的拉曼一阶谱拟合后所得出的每个拟合峰面积进行计算,可以用来定量分析三种针状焦中碳微晶结构的分布情况。由I_G/I_(All),I_(D1)/I_G,I_(D2)/I_G,I_(D3)/I_G,I_(D4)/I_G的计算可知,Coke-N和Coke-P的微晶结构比Coke-H的微晶结构更规整。在Coke-N中理想石墨碳微晶所占比例为0.33,而Coke-H和Coke-P分别为0.086和0.311。另外,Coke-H在三个样品中的无定形碳比例明显大于另外两个样品。Raman光谱分析结果与XRD的分析结果相吻合。由此可以看出,采用XRD和拉曼光谱分析技术可以从微观层面判定宏观质量不同的煤系针状焦差异的实质。     

煤精制软沥青庚烷不溶甲苯可溶族结构的光谱分析

以高温煤焦油为原料制备软化点为32℃煤焦油精制软沥青,再以庚烷、甲苯为溶剂超声萃取得庚烷不溶甲苯可溶物。蒸气压渗透法测定庚烷不溶甲苯可溶物平均分子量为349;元素分析与平均分子量结合得平均分子式C26.65H17.62N0.12S0.06O0.51,平均分子中杂原子总数0.68;红外分析结果表明：其杂原子氧以R—O—R,Ar—O—R结构存在,氮以R—NH—R和—N=结构存在,且以—N=为主;采用改进的Brown-Lander模型得其平均结构是六环稠环;紫外分析表明,线性排列为主、面性排列为辅,即庚烷不溶甲苯可溶族的化学结构以渺位缩合为主,迫位缩合为辅。     

煤焦油精制软沥青组成及结构的表征

以高温煤焦油为原料,蒸馏至280℃后得到煤焦油软沥青,经溶剂萃取沉降方法获得精制软沥青,软化点为32 ℃(环法)。索氏抽提法测得的族组成为:庚烷可溶物53.67%,庚烷不溶甲苯可溶物39.47%,甲苯不溶物6.86%,喹啉不溶物0.06%。相对平均分子量是292,平均分子式为C_22.22H_16.32N_0.12S_0.06O_0.33,杂原子含量总和小于1。红外分析结果表明:其杂原子氧以R—O—R,Ar—O—R 结构存在,杂原子氮以R—NH—R和N结构存在,且以N为主。采用改进的Brown-Lander模型得其平均结构为五元稠环;紫外分析表明,线性排列为主、面性排列为辅,即样品的化学结构应以渺位缩合为主,迫位缩合为辅。