[发明专利]一种微波辅助的沥青氧化不融化方法

说明书

本发明公开一种微波辅助的沥青氧化不融化方法，是将沥青、萘与吸波剂在一定温度下N₂中搅拌均匀，自然降温后获得改性的含碳前驱体；将改性的含碳前驱体成型后，即可进行氧化不融化的前期操作，即按比例通入空气，微波功率也按比例逐步增加，同时电加热也按照一定的升温速率进行，微波和电共同加热获得初步的氧化不融化样品；该样品继续进行氧化不融化反应：按照比例通入空气，微波、电加热共同作用下获得最终的氧化不融化样品。本发明采用微波辅助加热，借助于微波能够穿透含碳前驱体的内部，使得含碳前驱体的内部和外部能够均匀加热，从而实现含碳前驱体从内部到外部同时氧化不融化，在消除皮芯结构的同时，获得堆密度和强度显著提升的炭材料。

技术领域

本发明涉及一种微波辅助的沥青氧化不融化方法。

背景技术

由热塑性含碳前驱体最终制备成炭材料必须要经过氧化不融化步骤，以保持含碳前驱体的形貌，同时也可增加炭化收率，较低成本。

目前，热塑性含碳前驱体如沥青或聚丙烯腈的氧化不融化通常采用的方法是对其在气相或液相进行氧化不融化处理，如2008-10-15发表于华东理工大学学报（自然科学版）上的标题为“预氧化方式对沥青基球形活性炭制备过程的影响”中即采用HNO₃为氧化剂对热塑性的沥青进行氧化不融化处理。专利报道中最多的仍然是采用空气为氧化剂进行氧化不融化处理，如中国专利：申请号：2015107686967“针对工业化沥青球活性炭的氧化不融化方法”、申请号：2016104798359 “流动式沥青球氧化不融化方法”、申请号：2018111132021“一种岩沥青基球形活性炭的制备方法”、申请号：2014103244756“一种球状活性炭及其制备方法”、申请号：2012103177273“沥青基球形活性炭的低耗能制备方法”等均采用空气对沥青进行氧化不融化处理，申请号：2020101167483“一种加压制备氧化不融化碳材料的方法”则采用O₃与N₂的混合气体在加压下对沥青或聚丙烯腈等含碳前驱体进行氧化不融化处理。

含碳前驱体的常规氧化不融化是由外部的氧化剂如空气中的氧气逐步从气相主体扩散到含碳前驱体表面，通过含碳前驱体上的孔道慢慢渗透到其内部来实现该前驱体的氧化不融化。由此可看出，扩散或渗透是很慢的，尤其是含碳前驱体上孔道较少或基本无孔时更慢，导致反应的时间显著加长；也正因为氧化是从含碳前驱体的外部向内部逐步扩散，则随着反应温度的逐步增加，氧化剂的温度也逐渐升高，再加上扩散速率问题，容易导致含碳前驱体的表面已被氧化，而其内部尚未被氧化或氧化程度较弱，最终导致产生所谓的“皮芯”结构，而后者的产生将使得最终的炭材料的强度变差，也易出现龟裂等；此外，含碳前驱体的导热性均较差，也使得其容易产生内外温差不均问题；因此常规的氧化不融化受限于氧化剂的扩散问题以及含碳前驱体导热性差等而不易获得性能优异的炭材料。

上述方法由于采用的是常规的氧化不融化方法，导致反应时间往往长达数十小时，所得材料的堆密度也较低，且由于气体或液体扩散到含碳前驱体内部的速率问题而易产生皮芯结构，致使所得炭材料的强度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应时间短、堆密度较高的含碳前驱体沥青的氧化不融化方法。

本发明的原理：本发明依据微波能够渗透到材料内部，且加热均匀、效率高等特点，采用其对含碳前驱体进行加热；然而，含碳前驱体是不吸收微波的，因此本发明采用如下方法予以解决，一方面是对含碳前驱体进行改性，在其内部掺杂一定数量的吸波剂如石墨、石墨烯、炭纤维等，在反应初期或温度较低时，用于吸收微波；另一方面是以微波作为辅助加热，以常规电加热作为主要热源，在加热过程中，随着含碳前驱体的逐步氧化不融化，尤其是在较高的反应温度下，其本身也逐渐产生一定的吸波能力，从而完成本发明的目的。

本发明提供了一种微波辅助的沥青氧化不融化方法，包括以下步骤：