木質(zhì)素-膠原蛋白粘結(jié)基石墨電極的制備與性能研究.pdf

1、煤瀝青是煤焦油蒸餾加工分離產(chǎn)生的重質(zhì)組分殘留物，鑒于其主要成分含有以苯并[a]芘、苯并[a]蒽為代表的多環(huán)芳烴致癌物質(zhì)，煤瀝青的應(yīng)用已受到嚴格限制。然而，作為碳素制品生產(chǎn)用粘結(jié)劑和浸漬劑，其優(yōu)異的物化特性仍具有不可替代性。因此，在合理利用現(xiàn)有煤瀝青的基礎(chǔ)上，積極開發(fā)新型煤瀝青替代物以降低其環(huán)境污染和致癌機率，是一項緊迫而意義深遠的工作。生物質(zhì)是一種由有機碳構(gòu)成的可再生資源，擁有開發(fā)石油系產(chǎn)品替代品或等價物的潛力。本文選擇松木木質(zhì)素、膠原

2、蛋白生物質(zhì)廢棄物作為粘結(jié)劑，探討其替代傳統(tǒng)煤瀝青制備新型高密度石墨電極的可行性，通過對松木木質(zhì)素、膠原蛋白及其共混物熱解特性、熱解產(chǎn)物形成演變規(guī)律及其相互作用關(guān)系的研究，為生物質(zhì)基石墨電極的商業(yè)化制備提供基礎(chǔ)技術(shù)儲備。
　　熱重分析表明，松木木質(zhì)素、膠原蛋白及其共混物的熱解過程可劃分為脫水、熱解及碳化三個階段。隨著升溫速率的增加，傳熱滯后效應(yīng)愈趨明顯，800℃固體殘?zhí)柯手饾u降低，且相同轉(zhuǎn)化率下，膠原蛋白摻量越多，所需熱解溫度越低。

3、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)積分法、Kissinger微分法及Weibull分布模型表面活化能計算結(jié)果遵循相同的變化趨勢。失重率差值及熱解氣態(tài)產(chǎn)物分析結(jié)果表明，在250℃～390℃溫度范圍內(nèi)，膠原蛋白有利于促進松木木質(zhì)素部分裂解氣態(tài)產(chǎn)物，如CO2，CO，H2O，NH3，CH4等提前釋放，在390℃～800℃溫度范圍內(nèi)，其可作為芳香碳源參與松木木質(zhì)素縮合反應(yīng)，從而減少熱解氣態(tài)產(chǎn)物釋放，增加碳殘率。
　　不同熱解溫度下松

4、木木質(zhì)素、膠原蛋白及其共混物的殘?zhí)柯始盎曳趾繙y定結(jié)果表明，膠原蛋白與松木木質(zhì)素之間的相互作用關(guān)系大于灰分含量對共混物殘?zhí)柯实挠绊?。隨著熱解溫度的升高，C/H和C/O比不斷增加，羥基、脂肪族CH、甲氧基官能團不斷減少。膠原蛋白的摻入有利于提高共混體系焦炭的芳香縮合度和碳化程度，在450℃～600℃溫度范圍內(nèi)主要以填充、覆蓋、橋接等粘結(jié)形式與松木木質(zhì)素焦炭形成完整的碳質(zhì)脆性骨架結(jié)構(gòu)。
　　生電極焙燒過程宜采用較低的加熱速率(0.04

5、℃/min)以提高碳化電極的各項性能，尤其是250℃～500℃溫度區(qū)間，同時可通過縮短冷卻段時間實現(xiàn)節(jié)能降耗。在部分因子試驗和單因素試驗基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析方法建立了試驗變量與響應(yīng)值之間的多元回歸二次擬合模型，確定最佳工藝制備條件為:松木木質(zhì)素含量為12.961％，膠原蛋白含量為3.561％，石油焦粉末含量為27.438％，制備溫度為400℃，制樣壓力為30MPa，恒溫時間為2h，碳化電極最佳密度為1.671g/cm3。焙燒過程膨化行