CN109179371A - 一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法 - Google Patents

一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于中间相炭微球的制备技术领域，具体涉及一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法。该方法包括以下步骤：1)将沥青热裂油过滤除渣，然后将沥青热裂油用第一有机溶剂溶解，再蒸馏得到可溶组分；2)将步骤1)得到的可溶组分在管式密闭容器内进行热处理，得到热聚产物；3)将步骤2)得到的热聚产物用第二有机溶剂溶解后抽滤，得到滤饼，再将滤饼粉碎，经烘干处理后再进行炭化，即得中间相炭微球。本发明将炭素行业生产过程中产生的大量热解油再利用，制备具有高附加价值的中间相炭微球，有效解决废物利用及环保问题。

Description

一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的 方法
技术领域
本发明属于中间相炭微球的制备技术领域，具体涉及一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法。
背景技术
沥青类稠环芳烃化合物热处理时，发生热缩聚反应生成具有各向异性的中间相小球体，把中间相小球从沥青母体中分离出来形成的微米级球形炭材料就称为中间相炭微球。中间相炭微球是一种新型功能材料，具备杰出的物理化学性能，如良好的化学稳定性、高堆积密度、易石墨化、热稳定性好以及优良的导电和导热性等，是制备高性能炭材料的优质前驱体，拥有着广阔的应用及发展前景。
目前制备中间相炭微球的制备方法有：直接法(热缩聚)和间接法(乳化法、悬浮法)，其工艺主要涉及小球的控制制备、有效分离和高温处理。直接缩聚法的优点是工序简单，条件易于控制，易实现连续生产；缺点是中间相小球容易融并，且中间相炭微球尺寸分布宽，形状和尺寸不均匀，收率较低。若通过保留体系中一次QI或添加成核剂而提高收率，则这些物质又会影响产品的最终性能。间接法的优点是中间相炭微球尺寸分布较窄，内部轻组分含量较低，杂质较少；缺点是工艺复杂繁琐，中间相炭微球必须经不熔化处理，且制备过程中存在困难，工业化前景暗淡。
用于制备中间相炭微球的原料主要有：煤沥青、煤焦油、石油沥青、石油重质、合成沥青、合成树脂等含碳有机物质。在传统炭素工业(如石墨电极、预焙阳极等)生产领域，作为粘结剂和浸渍剂的沥青在随后高温热处理过程中热解产生大量烟气和油雾，通常采用放散、燃烧或回收等措施处理；在新型炭材料(如沥青基炭纤维、炭/炭复合材料、高密度各向同性石墨、沥青焦及锂电负极沥青包覆材料等)产品生产过程中也涉及沥青热裂解带来的油气回收和处理问题。若能将洗油吸收或电捕收集的沥青热解油再利用、制备具有高附加价值的炭素制品，不仅可以有效解决废物利用及环保问题，而且有望开发新产品并创造价值。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法。本发明将炭素行业生产过程中产生的大量热解油再利用，制备具有高附加价值的中间相炭微球，不仅可以有效解决废物利用及环保问题，而且可以开发新产品并创造价值。
本发明所提供的技术方案如下：
一种利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，包括以下步骤：
1)将沥青热裂油过滤除渣，然后将沥青热裂油用第一有机溶剂溶解，再蒸馏得到可溶组分；
2)将步骤1)得到的可溶组分在密闭容器内进行热处理，得到热聚产物；
3)将步骤2)得到的热聚产物用第二有机溶剂溶解后抽滤，得到滤饼，再将滤饼粉碎，经烘干处理后再进行炭化，即得中间相炭微球。
上述技术方案以精制后的沥青热裂油为原料，采用密闭容器内直接热聚合制备含液晶中间相小球的热聚沥青，溶剂分离所得滤饼粉碎后进行较低温度的烘干处理可以快速完成中间相小球的氧化稳定化(即不熔化)，最后炭化即得中间相炭微球，该制备方法简单，易于操作，生产成本低。
进一步的，步骤2)中，将步骤1)得到的可溶组分在管式密闭容器内进行热处理，得到热聚产物。
进一步的，步骤2)中，将步骤1)得到的可溶组分静置在管式密闭容器内进行热处理，得到热聚产物。
上述技术方案以精制后的沥青热裂油为原料，采用管式密闭容器内直接热聚合制备含液晶中间相小球的热聚沥青，无需机械或气体搅拌处理措施。
进一步的，步骤2)中，热处理的温度为362～447℃，热处理的时间为4～12h。
上述技术方案以精制后的沥青热裂油为原料，采用管式密闭容器内直接热聚合制备含液晶中间相小球的热聚沥青，无需机械或气体搅拌处理措施，在较低的热处理条件下即可以实现热聚，易于操作，生产成本低。
上述技术方案通过热聚工艺条件控制沥青裂解油的热缩聚程度，使其大部分小分子稠环芳烃经由362～447℃液相炭化反应转化成液晶中间相小球，小球不发生熔并反应，且难溶于有机溶剂，而其小部分仍可溶于有机溶剂以便高效快速分离中间相小球制备中间相炭微球。
进一步的，步骤3)中，烘干处理的条件为：在空气气氛中进行烘干，烘干的温度为248～355℃，烘干的时间为6～24h。
上述技术方案以精制后的沥青热裂油为原料，采用管式密闭容器内直接热聚合制备含液晶中间相小球的热聚沥青，无需机械或气体搅拌处理措施，在较低的热处理条件下即可以实现热聚，得到的热聚产物经过烘干即可以快速的得到，中间相炭微球前驱体，易于操作，生产成本低。
进一步的，步骤1)中，所述第一有机溶剂选自正己烷、环己烷或正辛烷中的任意一种。
进一步的，步骤1)中，原料沥青热裂油为石油或煤沥青在550～1200℃经过热裂解、焙烧或炭化处理得到的沥青热裂油。
进一步的，步骤1)中，可溶组分的馏程为260～355℃。
进一步的，步骤3)中，所述第二有机溶剂选自吡啶、四氢呋喃、喹啉中的任意一种。
进一步的，步骤3)中，炭化的温度为950～1050℃，炭化的时间为0.5～1.5h。
本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的中间相炭微球。
本发明所提供的中间相炭微球球形度较好，球径大小(3～8μm)均匀可控。
本发明所提供的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，而且中间相炭微球收率较高，可高达41％，质量较好，球形度较好，球径大小均匀可控。
附图说明
图1为沥青裂解油热聚合产物中的中间相小球的典型PLM照片(×100)。
图2是为1000℃炭化产物中的中间相炭微球的典型SEM照片(×2000)。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
通过以下利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法制备：将沥青热裂油过滤除渣，用正己烷溶解再蒸馏得到可溶组分；将可溶组分在管式密闭容器内热处理(无需搅拌措施)，热处理温度为375℃，热处理时间为10h，得到热聚产物；将热聚产物用吡啶溶解、过滤，将滤饼粉碎、烘干处理，烘干条件为：空气氛中，烘干温度265℃，烘干时间20h，再1000℃炭化1h即得中间相炭微球。制备的中间相炭微球收率为36％，球径大小为(3～6μm)。
实施例2
一种利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其通过以下方法制得：将沥青热裂油过滤除渣，用环己烷溶解再蒸馏得到可溶组分；将可溶组分在管式密闭容器内热处理(无需搅拌措施)，热处理温度为400℃，热处理时间为6h，得到热聚产物；将热聚产物用四氢呋喃溶解、过滤，将滤饼粉碎、烘干处理，烘干条件为：空气氛中，烘干温度300℃，烘干时间15h，再1000℃炭化1h即得中间相炭微球。制备的中间相炭微球收率为37％，球径大小为(4～7μm)。
实施例3
一种利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其通过以下方法制得：将沥青热裂油过滤除渣，用正辛烷溶解再蒸馏得到可溶组分；将可溶组分在管式密闭容器内热处理(无需搅拌措施)，热处理温度为430℃，热处理时间为5h，得到热聚产物；将热聚产物用喹啉溶解、过滤，将滤饼粉碎、烘干处理，烘干条件为：空气氛中，烘干温度325℃，烘干时间9h，再1000℃炭化1h即得中间相炭微球。制备的中间相炭微球收率为41％，球径大小为(5～8μm)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将沥青热裂油过滤除渣，然后将沥青热裂油用第一有机溶剂溶解，再蒸馏得到可溶组分；
2)将步骤1)得到的可溶组分在密闭容器内进行热处理，得到热聚产物；
3)将步骤2)得到的热聚产物用第二有机溶剂溶解后抽滤，得到滤饼，再将滤饼粉碎，经烘干处理后再进行炭化，即得中间相炭微球。
2.根据权利要求1所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤2)中，将步骤1)得到的可溶组分静置在管式密闭容器内进行热处理，得到热聚产物。
3.根据权利要求2所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤2)中，热处理的温度为362～447℃，热处理的时间为4～12h。
4.根据权利要求3所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于，步骤3)中，烘干处理的条件为：在空气气氛中进行烘干，烘干的温度为248～355℃，烘干的时间为6～24h。
5.根据权利要求1所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤1)中，所述第一有机溶剂选自正己烷、环己烷或正辛烷中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤1)中，原料沥青热裂油为石油或煤沥青在550～1200℃经过热裂解、焙烧或炭化处理得到的沥青热裂油。
7.根据权利要求1所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤1)中，可溶组分的馏程为260～355℃。
8.根据权利要求1所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤3)中，所述第二有机溶剂选自吡啶、四氢呋喃、喹啉中的任意一种。
9.根据权利要求1至8任一所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法，其特征在于：步骤3)中，炭化的温度为950～1050℃，炭化的时间为0.5～1.5h。
10.一种根据权利要求1至9任一所述的利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法制备得到的中间相炭微球。
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