煤的缔合结构研究 Ⅰ 溶液缔合动力学

研究了煤可溶组分——吡啶不溶物（PI）在溶液中的缔合动力学，该PI系二硫化碳/N-甲基-2-吡咯烷酮（CS2/NMP）混合溶剂可溶组分。结果表明PI在NMP溶液中的缔合属于反应控制机理，并提出了二步动力学反应过程，即基本缔合单元的生成和缔合单元之间的缔合。通过实验获得了有关缔合的动力学参数，PI在NMP溶液中二步缔合的活化能分别为73.3 kJ/mol和21.6 kJ/mol。温度对缔合速率的影响显著，随着温度的升高，缔合速率增加。由于PI分子在CS2/NMP混合溶剂中相对NMP具有较高的扩散性，因而其在CS2/NMP混合溶剂中缔合速率较NMP快。此外，还讨论了PI在溶液中的缔合机理。     

煤的缔合结构研究Ⅱ溶液黏度变化

采用Pal-Rhodes方程描述了一种煤可溶组分PI-1溶液黏度随时间的变化关系,并计算得到了缔合物的缔合维数。25 ℃下PI-1在NMP和CS2/NMP混合溶剂中缔合物的缔合维数分别为2.08和2.19,表明其在低温下缔合属于反应控制机理。随着温度的提高,缔合维数趋于减小,表明在较高温度下,PI-1具有较快的缔合动力学过程,在50 ℃时PI-1在NMP中的缔合维数大于在CS2/NMP混合溶剂中的缔合维数,表明PI-1在NMP的缔合速率相对低于CS2/NMP混合溶剂。     

渣油中沥青质胶粒缔合状况初探

目前一般认为[1] ,石油中的沥青质的基本结构是以多个芳香环组成的稠合芳香环系为核心 ,周围连接有若干的环烷环 ,芳香环和环烷环上都还带有若干个长度不一的正构烷基侧链 ,其中还杂有各种含硫、氮、氧的基团 ,同时还会络合钒、铁等金属。这种以一个稠合的芳香环系为核心的结构是组成胶质或沥青质的基本单元。大量研究表明 ,沥青质由若干个这类单元结构组成 ,以缔合状态存在 ,渣油及其沥青质的分子量都随测定所用溶剂的极性不同而变化 ,在弱极性有机溶剂中所测得的分子量较大 ,在强极性的有机溶剂中所测得的分子量偏小。初步研究表明 ,沥青…     

沥青质分散剂对沥青质的稳定及缔合的影响

采用紫外－可见光谱法研究了沥青质分散剂对甲苯－正庚烷－沥青质体系中沥青质的稳定作用,通过黏度法考察了沥青质分散剂对沥青质溶液中胶束缔合度的影响。结果表明,十二醇（DAL）、十二烷基苯磺酸（DBSA）、十二烷基苯酚（DP）对沥青质都有一定的稳定作用。三种沥青质分散剂的稳定作用顺序为DBSA>DP>DAL。DAL、DP及DBSA浓度较低时（1%）对沥青质甲苯溶液黏度的影响规律相似,推迟了黏度迅速增加的拐点,即可以抑制沥青质胶束的缔合。DBSA浓度较大时,沥青质胶束没有明显的聚并,同时使得沥青质溶液的相对黏度增加明显。三种沥青质分散剂都能显著降低胶束的聚集数;三种沥青质分散剂抑制沥青质胶团聚并强弱顺序为：DBSA>DP>DAL。这与其头部官能团的酸性顺序一致。     

煤沥青与石油沥青混合调制道路沥青的研究

采用高效剪切分散仪考察了调配温度、调配时间、搅拌方法等工艺对煤沥青混合石油沥青性能的影响,对优选的样品进行了离析实验、抗老化性能及流变性能评价。结果表明,调配工艺对煤沥青在石油沥青中的分散有重要影响,调配温度的升高、调配时间的延长能促进煤沥青在石油沥青中分散但也会导致调配沥青的老化;煤沥青粒径对调配沥青性能有重要影响,对优选样品的进一步评价表明,调配沥青有好的耐高温流变性能和抗热氧老化性能,储存稳定性可以解决。     

煤沥青程序升温中间相转化动力学研究

在热转化试验装置上,采用程序升温对三种煤焦油沥青的中间相转化动力学进行了研究,求取有关动力学参数,提出了分段一级动力学模型的处理方法。第一阶段发生在470℃以下温度范围,是中间相生成、长大的主要阶段,活化能较高为245～280kJmol;第二阶段发生在470℃以上的温度范围,主要是中间相的融并、重排,活化能为60kJmol左右。中间相转化过程与沥青结构密切相关,若沥青结构中具有较多的烷基侧链,则活性较高,中间相转化速率较大,环烷结构则有利于中间相的长大和融并。     

煤沥青的电化学加氢

为选择适于作为碳纤维原料的煤沥青，对三咱中低温煤沥青的预处理和组成结构进行研究，同时对其中的太钢煤沥青进行了热缩聚制取中间相沥青的结构变化分析。研究分析结果表明，只要经过合适的工艺路线进行处理，这三种煤沥青都有可能作为沥青基碳纤维的原料。     

煤的水热处理对其缔合结构的影响

对四种不同变质程度的烟煤进行了热处理和水热处理,采用二硫化碳N甲基吡咯烷酮（CS2 NMP,1∶1 volume ratio）混合溶剂在室温下对原煤及处理后的煤进行了抽提。结果发现,适当条件的热处理和水热处理均可以提高其在混合溶剂中抽提率,水热处理较热处理更能有效增加煤的抽提率。红外光谱分析表明,水热处理的煤样在波数为3410cm－1左右的吸收峰变小,由于水热解处理后氧的脱除而使—OH减少,使得由羟基形成的H键被削弱,因而抽提率增加。水热处理具有脱除矿物质的作用,对高变质程度的煤还可以脱除原煤中的π阳离子缔合,从而可以明显提高其抽提率。此外,对煤的水热解机理进行了探讨。     

一种水溶性疏水缔合聚合物二临界缔合行为研究

对三元共聚疏水缔合聚合物（丙烯酰胺／十八烷基二甲基烯丙基氯化铵／苯乙烯）的临界缔合浓度进行研究,发现其具有二临界缔合现象以及其在二临界缔合浓度附近不同的耐温抗盐的流变行为。研究结果表明,该疏水缔合聚合物的第一临界缔合浓度（C1^＊）为500mg／L,第二临界缔合浓度（C2^＊）为2400mg／L;C2^＊附近聚合物溶液的耐温性能较差;抗盐性能表现出三种不同的情况：随着盐质量浓度的增加,C〈C1^＊时,溶液粘度下降;C1^＊〈C〈C2^＊时,溶液粘度先增加后下降;C〉C2^＊时,溶液粘度先快速增加,后缓慢增加,最后下降。     

基于醛类交联剂的煤焦油沥青族组分改性石油沥青

以中温煤焦油沥青的四氢呋喃萃取物(THFS)对石油基质沥青进行改性,考察了掺混量、掺混温度和不同种类交联剂对改性沥青性能的影响,确定了THFS最佳掺混量为8%,最佳掺混温度为135℃,甲醛交联剂的最佳掺混量为0.8%,三聚甲醛的最佳掺混量为0.2%。考察了两两和单族组分对基质沥青的改性性能,发现重油(HS)使得改性沥青的针入度、延度增大,沥青烯(A)和甲苯不溶四氢呋喃可溶物(PA)提高感温性,软化点升高。随着醛类交联剂的添加,提高了改性沥青的抗老化性能;甲基(CH_3)、亚甲基(CH_2)透射峰强度逐渐变强,770-730 cm~(-1)、710-690 cm~(-1)和770-810 cm~(-1)苯环取代透射峰强度逐渐增强,1 010~(-1) 270 cm~(-1)处C-O-C伸缩振动峰逐渐增强;热解峰温向高温移动,残炭率增加2%;改性粒子呈现一种连续的流线分布,添加三聚甲醛的改性沥青的流线分布更加集中。     

C12-m-C12型阳离子Gemini表面活性剂在煤沥青表面的润湿性

利用座滴法和电泳法研究了阳离子Gemini表面活性剂C₁₂-m-C₁₂·2Br^-(m=4、6、8、10)在煤沥青表面的润湿性质及吸附机理。结果表明, 表面张力均随表面活性剂浓度的增大而减小, 超过临界胶束浓度(CMC)后趋于平稳, 接触角θ和铺展系数S的变化趋势与表面张力类似; 在所研究浓度范围内,C₁₂-10-C₁₂型表面活性剂的γ_lg~cosθ曲线符合Zisman理论, 且侵湿功(W_i)与表面张力也呈线性关系; 煤沥青表面的Zeta电位随表面活性剂浓度的增加从负电变为正电,最后趋于平稳, 且零电位对应的浓度比CMC至少低一个数量级; C₁₂-8-C₁₂型Gemini表面活性剂能显著改变煤沥青表面的润湿性. 由Gemini表面活性剂在煤沥青表面润湿结果及Zeta电位可以看出, C₁₂-m-C₁₂型Gemini表面活性剂在煤沥青表面的润湿是静电作用和范德华吸附共同作用的结果; 润湿过程可分为三个阶段。     

煤焦油重组分甲苯不溶物结构组成及对悬浮床加氢裂化生焦的影响

以煤焦油常压渣油(CTAR)为原料在3000mL环流反应器悬浮床加氢装置上进行了中试实验,并分别从CTAR和加氢产物中提取了甲苯不溶物(TI)及焦炭,通过元素分析、SEM、XRD、FT-IR、XPS等手段对TI及焦炭进行对比分析,明确了TI的结构组成并将其与加氢裂化生焦情况进行了关联。结果表明,CTAR悬浮床加氢工艺具有轻油收率高、生焦总量小、没有壁相焦的特点。TI由煤焦油生产过程中带入的碳质、矿物质颗粒及稠环芳烃有机物构成,O是其中含量最高的杂原子,Ca、Si、Al、Na来源于煤焦油中矿物质,C和O主要存在于C-C、C-H、C-O-C、C-OH结构中,N主要以吡咯和胺的形式存在,S主要以脂肪类S存在。TI具有明显的片层堆积结构,在作用力下容易破碎为具有较大比表面积及吸附能力的微米级微晶及碳质颗粒,和硫化后的催化剂颗粒一起为加氢反应提供载焦中心,优先吸附大分子自由基从而明显减少壁相焦的生成。     

煤焦油的拉曼光谱表征和组分识别

用355 nm激光作为激发光源检测了煤焦油常温拉曼光谱;应用两种量子化学计算程序(Gaussian-DFT和ADF)模拟了占总量1%以上的15种煤焦油组分的拉曼光谱,模拟结果与实验光谱能较好匹配,并对振动模式进行了归属分析。研究表明,煤焦油组分主要由共轭六元环构成,其拉曼光谱特征谱带主要在1 660、1 420和1 265 cm^-1附近,当共轭六元环成链式结构时,1 420 cm^-1谱带特征明显;五元环嵌入共轭六元环链式结构会导致其拉曼光谱在1 265和1 660 cm^-1谱带相对强度增大;五元环、杂原子基团和甲基侧链依附在共轭六元环上,则对组分的拉曼光谱影响不显著。     

化学法改性煤沥青脱除苯并芘的研究

在管式反应器中采用苯甲酸、聚乙二醇、固体古马隆树脂（S）、液体古马隆树脂（L）为添加剂来降低煤沥青中有害物质苯并芘的含量,以期使得煤沥青可绿色化应用。采用紫外-可见分光光度计分析煤沥青中苯并芘含量。考察了反应温度、反应时间、添加剂添加量、催化剂等工艺条件对添加剂脱除煤沥青中苯并芘的影响。结果表明,不同工艺条件能降低煤沥青中苯并芘的含量。在优化条件下,不同添加剂对苯并芘脱除率由高到低依次为：液体古马隆树脂、聚乙二醇、苯甲酸和固体古马隆树脂。分析其反应机理,这与催化剂的酸性相关,发生亲电取代反应。结果表明,液体古马隆树脂（L）在催化剂存在下对煤沥青中苯并芘脱除率可达73.0%,显示了良好的应用前景。     

流化床热解煤焦油的降黏研究

对循环流化床热电气焦油多联产热解所得煤焦油流动性差的问题采取了一系列的降黏研究。通过X射线衍射测试可以排除室温下蜡结晶影响煤焦油黏度的可能,对比了煤焦油和煤沥青的黏度和族组分差异,考察了喹啉不溶物对软化点的影响,结果表明,采取馏分油降黏是合理的。分别添加四种馏分油对煤焦油进行了降黏实验,通过色谱质谱联机分析馏分油的成分,认为既含亲水基又含憎水基的分子具有很好的降黏效果,而且含量越多降黏效果越好。通过添加四种单组分化合物的降黏实验和分析,进一步验证了所得到的降黏理论,而且可以判断同时含有亲水基和憎水基的分子降黏效果优于只含憎水基不含亲水基的分子。     

自由落下床中生物质与煤共热解的协同效应对焦油组成的影响

利用溶剂萃取-柱层析方法,将自由落下床中豆秸与大雁褐煤共热解以及单种原料热解的液体产品分为沥青烯、酚类、脂肪烃类、芳香烃类和极性物等组分。结果表明,共热解的沥青烯产率为11.4%,低于根据煤和生物质单独热解的质量加权平均计算值19.0%,且芳香性增大;与计算值相比,低分子量的酚类、甲基苯酚、二甲基苯酚及其衍生物的含量提高了5%;而且长侧链的脂肪烃含量减少。共热解焦油的芳香类组分中十氢萘的质量分数是43.37%,但其在单一原料热解焦油中并没有被检测到。热解油分析结果表明,自由落下床生物质与煤快速共热解过程中存在协同效应,其主要原因是,发生氢解和加氢反应。煤与生物质共热解有利于产生低分子量的化合物,改善油品的质量。     

煤焦油中酚类物质对焦油组分加氢脱氮脱硫以及芳烃饱和的影响

在固定床加氢微反装置上,考察了邻甲酚对煤焦油组分喹啉加氢脱氮(HDN)反应、二苯并噻吩(DBT)加氢脱硫(HDS)反应以及1-甲基萘加氢饱和(HDA)反应的影响。结果表明,邻甲酚的加入对喹啉的HDN反应、DBT的HDS反应、1-甲基萘的HDA反应有着较强的抑制作用,且邻甲酚的含量越多,这种抑制作用越明显,这是由于邻甲酚与喹啉、DBT、1-甲基萘在活性位点上的竞争吸附造成的。邻甲酚的加入对产物的选择性影响较弱,反应前后产物的选择性变化很小。由于空间位阻效应,1-甲基萘的加氢优先发生在不带侧链的芳环上。     

氢氧化镁-硼酸锌复合阻燃剂辅助制备产率高和电容性能优异的煤焦油沥青基多孔碳

以煤焦油沥青为前驱体,氢氧化镁-硼酸锌复合阻燃剂为助剂,直接在空气条件下高温碳化制备了煤沥青基多孔碳,并探究其电化学性能。得益于阻燃剂的阻燃作用协同其活化、掺杂功能化作用,得到了高产率(55.1%)、多原子(N、B、O)掺杂且具有分级多孔结构的多孔碳。将其作为超级电容器电极材料,在三电极体系中0.5 A·g^-1电流密度下比电容可达344 F·g^-1。此外,以制备的多孔碳和壳聚糖基氨基酸质子盐凝胶电解质组装的柔性对称电容器具有29.3 Wh·kg^-1的高能量密度,在50 000次循环后电容保持率为96.9%,且在-25~75℃温度区间内可正常工作,显示出宽的温度使用范围。