[发明专利]一种基于源质的煤基碳质中间相制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳质中间相的制备方法，特别是一种基于源质的煤基碳质中间相制备方法。

背景技术

碳质中间相是多种高性能炭材料的优质前躯体，它已在诸如高强度中间相沥青基炭纤维、超高功率电极用针状焦、锂离子二次电池电极用中间相炭微球等领域得到了很好的应用。近年来碳质中间相产品得到进一步开发，如中间相沥青基炭/炭复合材料、中间相沥青基锂离子电池负极材料、超高比表面积活性炭、催化剂载体、炭膜、泡沫炭等。制备中间相的前驱体材料不同，其制造工艺也不同，制得的中间相沥青的性能也存在很大区别。已经报道的可用于制备中间相的原料有煤焦油沥青、石油沥青、蔗糖和纯芳烃等，其中最常用的是煤焦油沥青。煤焦油沥青通常是由煤经高温干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工所获得的重质产物，其制备工艺复杂，且多数煤焦油沥青含有较低的H/C和较高的喹啉不溶物（QI），往往需要经加氢改性或烷基化改性并降低QI之后才能用来制备中间相。

而发明专利“基于萃取与反萃取的温和化煤族组分分离方法”，专利申请号：200710022120.1，在自然条件下将煤分离成四种族组分，其中粘结组分（即沥青质族组分）具有分子量中等，含有的芳香结构化合物多为2-4环，灰分很低（强化工艺后可接近无灰），QI含量为0，且含有较多的烷基侧链和环烷结构，属于煤基中间相小球体形成的来源物质即源质，由该源质通过简单的制备工艺即可制得碳质中间相。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料优质易得、方法简单、成本低、效果好的基于源质的煤基碳质中间相制备方法，解决已有技术在原料获得方面的工艺复杂性，以及较低的H/C和较高的QI的问题。

本发明的基于源质的煤基碳质中间相制备方法，包括源质的制备，所述源质的制备步骤如下：

①、将粒度为10-300目的煤样置于萃取器中，然后加入混合溶剂，加入量为每克煤样20-300毫升的混合溶剂，混合溶剂为溶剂A和溶剂B按体积比为1:0.2至1:2配制的混合体；在室温下搅拌10-300分钟，萃取过程完成，得到萃取固液混合物；

②、对过程①中萃取的萃取固液混合物进行固液分离，固液分离后分别得到萃取液和萃余物；

③、对过程②中的萃取液进行处理，将萃取液放入至反萃取器中，再向反萃取器中加入反萃取剂，加入反萃取剂的量按萃取液比反萃取剂等于1:0.1至1:2之间，所述的比例为体积比，室温下搅拌5-60分钟，反萃取过程结束，反萃取过程后得到反萃取固液混合物；

④、对过程③中的反萃取固液混合物进行处理，对反萃取固液混合物进行固液分离，固液分离后得到固体物质和液体物质；

⑤、过程④中得到的液体物质为两个分层的液体物质：一个分层液体物质中以溶剂A为主，移出该层后先用常压蒸馏法脱去溶剂A，然后再对剩余溶液加反萃取剂进行反萃取，加入反萃取剂的量按剩余溶液比反萃取剂等于1:0.1至1:2之间，所述的比例为体积比，反萃取剂将此剩余溶液中的少量溶剂B反萃取出来的同时，将产生粘稠状固体物析出，对该粘稠状物进行真空干燥处理，即可获得煤中沥青质族组分；

另一个分层液体物质中主要为溶剂B和反萃取剂的混合剂；

⑥、所述的溶剂A为：二硫化碳、氯仿、二氯甲烷、苯、甲醇、苯酚、乙醚；所述的溶剂B为：N-甲基-2-吡咯烷酮、环已酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二胺、磷酸三乙脂、喹啉、吡啶；所述的反萃取剂为：水、正己烷；在同一个工艺过程中，溶剂A、溶剂B和反萃取剂必须选用三种不同的溶剂物质。

⑦、所述制得的沥青质族组分，具有如下重要特征：喹啉不溶物含量为0、含有的芳香结构化合物多为2-4环、烷基侧链和环烷结构、灰分很低或接近无灰，属于煤基中间相小球体形成的来源物质，简称源质；

还包括以下步骤：

①、向源质中加入比例为2-8mL/g的溶剂C，室温下制备源质的溶胶；

②、以温度20-100℃、相对湿度10-50%的空气为介质，按流速0.1-2m/s对溶胶干燥3-100小时，制备微观下呈50-600nm类球体的片状源质；

③、将片状源质研磨到200-100目，以自然堆放或压制成型的方式放至高温炭化炉，以流速为100～600cm³/min的氮气为惰性气，在升温速率2～8℃/min下升温至430～460℃，恒温1～6h；然后停止加热，在惰性气体保护下自然降温至300℃以下，再冷却至室温，即制得碳质中间相；