本文關(guān)鍵詞：煤焦油凈化制備泡沫碳

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【摘要】：煤焦油是一種黑色或黑褐色的粘稠液體,是在煤干餾和煤氣化的過程中得到的副產(chǎn)品。煤焦油中的瀝青含量高達(dá)57%,因此可以采用常規(guī)的煤焦油深加工中蒸餾的方法分離重輕組分,之后再進(jìn)行瀝青的調(diào)制,調(diào)制后的瀝青可以用來制備高性能的碳材料-泡沫碳。但是在煤干餾和煤氣化過程中部分細(xì)小炭顆粒和無機(jī)氧化物等會由于氣流夾帶、附著等傳質(zhì)過程進(jìn)入煤焦油中。調(diào)制后的瀝青中含有的雜質(zhì),使泡沫碳的性能降低,為進(jìn)一步制備高附加值、高性能泡沫碳材料需對煤焦油進(jìn)行凈化。泡沫碳是一種新型的功能性碳材料,具有特殊的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。泡沫碳的特殊結(jié)構(gòu)使得其在在武器裝備、航空航天、燃料電池、商業(yè)以及醫(yī)療等多種領(lǐng)域都能廣泛應(yīng)用,是新一代的結(jié)構(gòu)材料。本文采用添加喹啉和氫氧化鋅(Zn(OH)2)法對煤焦油進(jìn)行凈化,以降低煤焦油中炭粒和無機(jī)氧化物的含量,考查了靜置溫度、時(shí)間、喹啉添加量、氫氧化鋅添加量對灰分含量的影響;在凈化完成后對煤焦油進(jìn)行常規(guī)的重輕組分的分離過程中采用不同的常、減蒸餾條件,所以對常、減壓蒸餾的不同溫度和時(shí)間對泡沫碳性能的影響進(jìn)行研究,對瀝青的調(diào)制溫度和時(shí)間對泡沫碳性能的影響也進(jìn)行了研究;在泡沫碳的制備過程中主要研究發(fā)泡過程,對發(fā)泡溫度、發(fā)泡時(shí)間和發(fā)泡壓力對泡沫碳性能的影響進(jìn)行了研究。得出以下結(jié)論:研究了不同靜置溫度、時(shí)間、喹啉添加量對煤焦油中固體顆粒的分配行為影響,添加Zn(OH)2的方法也可以改變固體顆粒在煤焦油中的分配,通過研究可得出:添加喹啉和Zn(OH)2的方法可以有效降低上、中層(從上至下2/3)煤焦油中炭粒、無機(jī)氧化物SiO2、Al2O3的含量,煤焦油與喹啉的體積比為50:2,煤焦油與Zn(OH)2質(zhì)量比為20000:1,在55℃條件下靜置24 h,可以使煤焦油上、中層中灰分的含量降低至0.047%以下。將凈化后的煤焦油,采用常規(guī)的蒸餾方法去除煤焦油中的輕餾分,在不同溫度和時(shí)間條件下調(diào)制瀝青后,采用自發(fā)泡方法制備泡沫碳。同時(shí)也研究了不同蒸餾溫度和時(shí)間對泡沫碳性能的影響。得出:常壓蒸餾條件為310℃、10 h時(shí)制備的泡沫碳壓縮強(qiáng)度最大為6.287 MPa,常壓310℃下蒸餾2h的泡沫碳導(dǎo)熱系數(shù)最小為0.048 W·m-1·K-1;減壓蒸餾條件為260℃、5 h時(shí),泡沫碳壓縮強(qiáng)度達(dá)最大值為6.782 MPa,減壓蒸餾260℃、4 h時(shí)泡沫碳的導(dǎo)熱系數(shù)最小為0.057W·m-1·K-1;在不同溫度和時(shí)間調(diào)制瀝青470℃溫度下反應(yīng)4 h所得的瀝青制備的泡沫碳的壓縮強(qiáng)度最大為6.470 MPa,在430℃溫度下反應(yīng)4 h所得瀝青制備泡沫碳的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)最小值為0.045 W·m-1·K-1。對不同發(fā)泡條件:發(fā)泡溫度、發(fā)泡時(shí)間和發(fā)泡壓力對泡沫碳性能的影響進(jìn)行研究,發(fā)泡溫度為480℃、發(fā)泡時(shí)間8 h、發(fā)泡壓力為0.8Mpa時(shí)所得泡沫碳泡孔數(shù)量最多,韌帶寬度最窄,體密度最小為0.33g/cm-3;發(fā)泡溫度為500℃、發(fā)泡時(shí)間為8 h、發(fā)泡壓力為0.8Mpa時(shí)所得泡沫碳導(dǎo)熱系數(shù)最小為0.046W·m-1·K-1;在480℃、0.8Mpa下保溫1 h所得泡沫碳壓縮強(qiáng)度最大為4.472 MPa;通過對比凈化前后泡沫碳性能可知,凈化后瀝青中灰分的含量較低使得泡沫碳體密度較低、強(qiáng)度較高、同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)有所降低。采用凈化后的調(diào)制瀝青制備的泡沫碳石墨層之間有較多的空隙。
【關(guān)鍵詞】：煤焦油 灰分 泡沫碳 體密度 強(qiáng)度 導(dǎo)熱系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ524;TQ127.11;TB383.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 煤焦油概述9-11
• 1.1.1 煤焦油的來源9
• 1.1.2 煤焦油的性質(zhì)9-10
• 1.1.3 煤焦油的用途10-11
• 1.2 煤焦油中的雜質(zhì)及處理方法11-13
• 1.2.1 煤焦油中的雜質(zhì)11
• 1.2.2 降低煤焦油中雜質(zhì)含量的方法11-13
• 1.3 泡沫碳的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 泡沫碳結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能14-17
• 1.4.1 泡沫碳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)14-16
• 1.4.2 泡沫碳的性能16-17
• 1.5 泡沫碳的制備方法17-21
• 1.5.1 以有機(jī)聚合物為原料制備泡沫碳17-19
• 1.5.2 以瀝青為原料制備泡沫碳19
• 1.5.3 以煤和煤系物為原料制備泡沫碳19-21
• 1.6 泡沫碳的應(yīng)用21-22
• 1.7 本論文研究意義及內(nèi)容22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料及方法23-29
• 2.1 主要原料及試劑23
• 2.2 主要設(shè)備及儀器23-24
• 2.3 試驗(yàn)方法24-25
• 2.3.1 煤焦油的凈化方法24
• 2.3.2 瀝青的調(diào)制方法24-25
• 2.3.3 泡沫碳的制備方法25
• 2.4 煤焦油的分析與表征25-27
• 2.4.1 煤焦油灰分含量的測定方法25-26
• 2.4.2 灰分化學(xué)成分測定26
• 2.4.3 灰分的掃描電鏡（SEM）表征26
• 2.4.4 灰分粒徑的測定26
• 2.4.5 煤焦油粘度的測定26-27
• 2.5 瀝青的分析與表征27
• 2.5.1 紅外光譜（FT-IR）分析27
• 2.5.2 瀝青的粘度測定27
• 2.6 泡沫碳的分析與表征27-29
• 2.6.1 體密度的測定27
• 2.6.2 孔隙率的測定27-28
• 2.6.3 掃描電鏡（SEM）表征28
• 2.6.4 力學(xué)性能測試28
• 2.6.5 導(dǎo)熱性能的表征28
• 2.6.6 XRD分析28-29
• 第三章 凈化條件對煤焦油粘度和灰分含量的影響29-40
• 3.1 單因素實(shí)驗(yàn)29-33
• 3.1.1 熱處理溫度對煤焦油油粘度和灰分含量的影響29-30
• 3.1.2 喹啉添加量對煤焦油粘度和灰分含量的影響30-31
• 3.1.3 靜置時(shí)間對煤焦油粘度和灰分含量的影響31-33
• 3.2 正交實(shí)驗(yàn)33-34
• 3.3 氫氧化鋅添加量對煤焦油灰分含量的影響34-35
• 3.4 煤焦油中固體顆粒的物性及形貌分析35-39
• 3.4.1 固體顆粒的粒徑分析35-36
• 3.4.2 固體顆粒的化學(xué)成分的測定36-37
• 3.4.3 固體顆粒的掃描電鏡分析37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 煤瀝青的調(diào)制條件對泡沫碳性能的影響40-52
• 4.1 煤瀝青的預(yù)處理?xiàng)l件對泡沫碳性能的影響40-48
• 4.1.1 常壓蒸餾條件對泡沫碳性能的影響40-44
• 4.1.2 減壓蒸餾條件對泡沫碳性能的影響44-48
• 4.2 煤瀝青制備條件對泡沫碳性能的影響48-51
• 4.2.1 煤瀝青制備條件對泡沫碳微觀形貌的影響48
• 4.2.2 制備溫度對泡沫碳性能的影響48-50
• 4.2.3 制備時(shí)間對泡沫碳性能的影響50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 第五章 發(fā)泡條件對泡沫碳性能的影響52-62
• 5.1 發(fā)泡溫度對泡沫碳性能的影響52-55
• 5.1.1 發(fā)泡溫度對泡沫碳微觀性能的影響52-53
• 5.1.2 發(fā)泡溫度對泡沫碳物理性能的影響53-55
• 5.2 發(fā)泡時(shí)間對泡沫碳性能的影響55-57
• 5.2.1 發(fā)泡時(shí)間對泡沫碳微觀性能的影響55-56
• 5.2.2 發(fā)泡時(shí)間對泡沫碳物理性能的影響56-57
• 5.3 發(fā)泡壓力對泡沫碳性能的影響57-59
• 5.3.1 發(fā)泡壓力對泡沫碳微觀性能的影響57-58
• 5.3.2 發(fā)泡壓力對泡沫碳物理性能的影響58-59
• 5.4 泡沫碳具有較低導(dǎo)熱性能的原因59
• 5.5 煤焦油凈化前、后泡沫碳性能59-60
• 5.6 本章小結(jié)60-62
• 第六章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70-71
• 附錄71-72

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