探析非均相成核中间相炭微球的形成机理研究

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1、天津大学硕士学位论文非均相成核中间相炭微球的形成机理研究姓名：李同起申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：王成扬20030101摘要炭质中间相形成理论对制备高质量和高性能的炭质中间相产品具有十分重要的作用。虽然许多科学工作者对炭质中间相的形成机理作过大量的研究工作，但到目前为止理论中仍存在许多有争议的问题。中间相炭微球(MCMBs)是重质芳香烃类混合物在液相炭化初期的炭质中间相产物，对其形成机理的研究实质上也是对整个炭质中间相形成机理的研究，具有非常重要的理论和实际意义。本论文以含有哇琳不溶物(Ql)的中温煤沥青为主要原料，采用热缩聚

2、法制备MCMBs，反应温度为4100C，中间相沥青(MP)中MCMBs的分离采用溶剂萃取法。在不同的反应时间下获得了一系列的MP,MCMBs和小于0.511m的球状炭质颗粒〔记为LP)，通过对MP中中间相球体(MS)的形态、MP,MCMBs和LP的收率、MCMBs和LP的形貌、内部官能团和灰分以及MCMBs的织构和微结构等的分析得出了新的MCMBs的形成理论一一“球形基本单元构筑”(BSBU)理论。分析过程中主要采用了SEM,OM,IR,XR.D等分析手段。为了验证该理论的正确性，实验中采用上述的中温煤沥青为主要原料，分别以两种不同尺寸的

3、天然鳞片石墨和氧化铝粉为添加剂，利用上述相似的实验方法获得了含有不同添加剂的MCMBs通过分析添加剂存在下获得的MP,MCMBs和LP后发现，BSBU形成理论可以很好的解释片状和颗粒状惰性固体物质存在下MCMBs的形成过程，说明了该理论对于含有QI的中温煤沥青体系是正确的。在研究两种不同尺寸的鳞片石墨作添加剂时，发现两种石墨的添加均阻碍了MCMBs的生长，但它们的影响机理不同;对两种不同尺寸的氧化铝粉为添加剂制备的MCMBs研究后发现，小于1um的氧化铝颗粒对MCMBs的生长起到了阻碍作用，而2-6pm的氧化铝颗粒却起到了促进作用，把MC

4、MBs收率从15%提高到21%。综合分析两种固体添加剂在MCMBs形成中的作用后发现，能进入到MCMBs中的固体物质(不论是片状物质还是小块状颗粒)对MCMBs的生长均起到了阻碍作用，而较难进入到MCMBs中的较大固体物质却可以起到促进MCMBs生长的作用。如果这一点能够被进一步证实的话，那么将会对提高MCMBs的生产收率产生重大的意义。本论文的创新性在于使用了独创的制样技术，利用SEM分析MCMBs的织构。在制备MCMBs的过程中注意到了LP和MCMBs表面的球形颗粒的存在，并把它们联系起来分析MCMBs的形成过程，提出了新的MCMBs

5、形成机理。关键词:中间相炭微球(MCMBs);炭质中间相:煤沥青;织构;微结构;石墨;氧化铝ABSTRACTThetheoryofcarbonaceousmesophase(TCM)isveryimportantforthepreparationofhigh-qualityandhigh-performancecarbonaceousmesophaseproductsAtpresenttherearestillmanydisputableproblemsintheTCM,althoughsomeresearchershavecarried

6、outlotsofworkinthisfield.MCMBsisoneofthemesophaseproductsattheprophaseofcarbonaceousmesophasedevelopmentinheavyaromatichydrocarbonmixture,thereforestudyingonthemechanismofMCMBs,whichisequaltostudyingontheTCM,issignificantnotonlyintheorybutinpracticeInthethesis,MCMBswerepr

7、eparedfromacoaltarpitchwithquinolineinsolubles(Ql)勿heat-treatmentunder4100Candseparationwithsolvent.Byvaryingthereactiontime,aseriesofmesophasepitch(MP),MCMBsandsmallparticles(LP)withsizeoflessthanO.Slunwereobtained.AnewtheoryforMCMBsformingnamedbyBuilding如mSpheralBasicUn

8、its(BSBU)wasestablishedtoexplainthegrowthprocessofMCMBsafteranalyzingMSinMP,yieldsofMP,MCMBsandL