磁場作用下煤系針狀焦的制備及其性能研究.pdf

1、1950年美國大湖炭素公司首先發(fā)明了石油系針狀焦。1969年超高功率電爐冶煉技術(shù)問世后，作為制備超高功率電極主要原料的針狀焦，其生產(chǎn)迅速發(fā)展。針狀焦具有明顯的針狀結(jié)構(gòu)、纖維紋理、低熱膨脹系數(shù)、低孔隙度、低硫、低灰份、低金屬含量、高導(dǎo)電率及易石墨化等一系列優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)超高功率電極、特種炭素材料及其復(fù)合材料等高端炭素制品的優(yōu)質(zhì)原料。煤系針狀焦與石油系針狀焦相比，具有較低的熱膨脹系數(shù)(CTE)和較高的真密度，而CTE是針狀焦最重要的性質(zhì)。目前

2、全球只有日本能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煤系針狀焦。我國每年針狀焦的需求量約30～40萬t，而80％～90[％]依賴進(jìn)口。
　　 本論文以一種已除去喹啉不溶物的中溫煤瀝青為原料，以改變制備工藝、添加催化劑的形式經(jīng)熱縮聚、高溫煅燒制備了煤系針狀焦，考察了磁場作用下針狀焦的結(jié)構(gòu)形貌與性能的變化。并進(jìn)一步考察了超聲活化合成針狀焦、催化劑催化合成針狀焦的成焦機(jī)理、結(jié)構(gòu)與性能的差異。試樣分析測試采用了掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、X射線衍射分析(

3、XRD)、紅外測試(FT-IR)、電化學(xué)循環(huán)伏安法(CV)和電化學(xué)阻抗法(EIS)等。
　　 研究結(jié)果表明：
　　 1.磁場對針狀焦結(jié)構(gòu)與性能的影響是正向的。磁場能有效提高針狀焦的有序度，改善其針形纖維組織形貌，并且隨著磁場強(qiáng)度的增加，針狀焦有序性呈遞增趨勢。磁場的引入，使得針狀焦的平均微晶尺寸降低、石墨化性能提高、致密度增大、透光率降低。當(dāng)所加磁場磁場強(qiáng)度為22mT時(shí)，石墨化度最高可達(dá)45.35[％]。
　　

4、2.超聲空化能有效提高針狀焦的有序度、石墨化度與結(jié)晶度。經(jīng)超聲空化處理并在1200℃高溫煅燒制備的針狀焦經(jīng)過平面分子的堆疊，形成更大的平面大分子片層且有較多的“紙卷”狀纖維出現(xiàn)。
　　 3.向煤瀝青中添加氯化鐵(FeCl3)或?qū)妆交撬?PTSA)和六次甲基四胺(HMTA)后，經(jīng)聚合煅燒生成大片層纖維結(jié)構(gòu)的針狀焦。在磁場作用下平面大分子沿磁場方向進(jìn)一步取向有序排列，呈現(xiàn)出較好的針狀纖維結(jié)構(gòu)。
　　 4.經(jīng)磁場處理后制備的

5、針狀焦，其循環(huán)伏安曲線峰電流有下降趨勢。隨著所施加磁場的磁場強(qiáng)度的增加，針狀焦試樣的電化學(xué)容抗弧半徑呈遞增趨勢，傳遞電阻增大。
　　 5.磁場作用下添加催化劑FeCl3制備的針狀焦的循環(huán)伏安曲線氧化峰最高，其氧化峰電流值較不加磁場不加催化劑的提高了78.6[％]，其電化學(xué)傳遞性最好，表面粗糙度最小，電阻率最低。
　　 6.添加了PTSA和HMTA制備的針狀焦，其循環(huán)伏安曲線表明靜電吸附是其電極儲(chǔ)能的主要方式。添加了磁場后