[发明专利]聚合-热解法制备沥青基中间相炭微球

说明书

技术领域

本发明属于炭材料领域，主要涉及一种聚合热解法制备沥青基中间相炭微球。

背景技术

自二十世纪六十年代Brooks和Taylor发现中间相炭微球以来，人们对其形成机理、结构、性能及应用等进行了大量的研究。中间相炭微球作为先进炭材料的优质前驱体引起了人们的极大重视。中间相炭微球具有粒径分布窄、密度高、强度大、热稳定性好、化学性能稳定、导电性好、自烧结性优良、残炭率高等特点，被认为是制备高性能炭材料的优质前驱体。目前已被用于制备高密高强炭材料、超高比表面活性炭、锂离子电池电极材料、高效液相色谱填料、催化剂载体等。目前制备中间相炭微球的方法主要有热缩聚法、乳化法和悬浮法。热缩聚法制备中间相炭微球主要经过两个步骤，一是通过热处理稠环芳烃化合物以聚合生成中间相小球体，二是利用适当的方法将中间相小球体从母液中分离出来。乳化法制备中间相炭微球首先是通过热处理稠环芳烃化合物以获得中间相沥青，然后再把中间相沥青乳化成中间相小球体。悬浮法是把中间相沥青溶于有机溶剂中，利用表面活性剂与水或其它溶剂组成悬浮液，在一定温度下强力搅拌成球，然后经过过滤，得到中间相小球体。对上述方法获得的中间相小球体经过氧化稳定化、炭化处理后即可获得具有特殊性能的中间相炭微球。但是，上述制备中间相炭微球的方法存在收率低、形状和尺寸不均匀、环境污染等问题，使得中间相炭微球的制备成本居高不下，这大大限制了中间相炭微球进一步的发展与应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合热解法制备沥青基中间相炭微球，解决现有技术中中间相炭微球收率低、成本高、形状和尺寸不均匀、环境污染等问题，本发明的方法制备收率高、粒径可控、大小均匀、球形度好、制备成本低。

本发明的聚合热解法制备沥青基中间相炭微球：所述制备用的原料包括：基本原料、交联剂和催化剂，经过原料配备、聚合反应、热解反应、热解产物的分离和干燥过程制备得到沥青基中间相炭微球。

与现有的技术相比，本发明所具有的优点和效果为：

(1)原料丰富，来源广泛，价格低廉。

(2)炭微球收率高，粒径分布均匀，粒径大小可控。

(3)工艺和设备简单，易于生产，操作简便，制备过程没有有害气体产生。

(4)产品性能优异，用途广泛。

附图说明

图1是本发明的实施例1制备的沥青基中间相炭微球的粒度分布曲线图。

图2是本发明的实施例1制备的沥青基中间相炭微球的SEM照片。

图3是本发明的实施例2制备的沥青基中间相炭微球的粒度分布曲线图。

图4是本发明的实施例2制备的沥青基中间相炭微球的SEM照片。

图5是本发明的实施例3制备的沥青基中间相炭微球的粒度分布曲线图。

图6是本发明的实施例3制备的沥青基中间相炭微球的SEM照片。

具体实施方式

原料各组分按照重量百分比：基本原料：80-99.8％；交联剂：0.1-15％；催化剂：0.1-5％。

基本原料为低温煤沥青或中温煤沥青中的一种或两者；交联剂为对苯二甲醛、对甲基苯甲醛、苯甲醛或甲醛中的任何一种或几种；催化剂为对甲苯磺酸或草酸中一种或两种。

制备步骤如下：

(1)原料配备：按照所述原料配比，将交联剂和催化剂与基本原料直接混合；原料配备或者可以搭载在其他载体上使用，例如可以进一步将交联剂、催化剂与基本原料溶解在其他溶剂(如无水乙醇，与交联剂体积比为1∶2)里进行混合，以便更好的反应，提高聚合度。

通过改变交联剂的品种和用量来调节中间相炭微球的收率。

(2)聚合反应：将原料装入聚合反应容器中进行聚合反应，聚合反应的参数如下：

温度：120-180℃

聚合反应时间：0.5-8h

聚合反应保护气氛：N2或者Ar2

聚合反应时的搅拌速度：100-500rpm

通过聚合反应，获得分子量大的改性煤沥青。

(3)热解反应：将步骤(2)聚合反应后改性好的煤沥青装入到高压反应釜中进行热解反应，热解反应放入具体参数如下：

温度：380-450℃

热解反应时间：0.5-8h

热解反应保护气氛：N₂或者Ar₂；

通过热解反应，获得中间相炭微球和基质混合物。

(4)热解产物的分离：将热解产物加入到溶剂中，在索氏提取器中抽提至无色；抽提后的不溶物为沥青基中间相炭微球；所述的溶剂吡啶，喹啉或四氢呋喃中的一种；溶剂与热解产物的质量比为60∶1，溶剂回收重复利用。