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問世后，作為制備超高功率電極主要原料的針狀焦，其生產迅速發(fā)展。針狀焦具有明顯的針狀結構、纖維紋理、低熱膨脹系數、低孔隙度、低硫、低灰份、低金屬含量、高導電率及易石墨化等一系列優(yōu)點，是生產超高功率電極、特種炭素材料及其復合材料等高端炭素制品的優(yōu)質原料。煤系針狀焦與石油系針狀焦相比，具有較低的熱膨脹系數(CTE)和較高的真密度，而CTE是針狀焦最重要的性質。目前

2、全球只有日本能生產優(yōu)質煤系針狀焦。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構形貌與性能的變化。并進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理、結構與性能的差異。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)、電化學循環(huán)伏安法(CV)和電化學阻抗法(EIS)等。
　　 研究結果表明：
　　 1.磁場對針狀焦結構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。當所加磁場磁場強度為22mT時，石墨化度最高可達45.35[％]。
　　

4、2.超聲空化能有效提高針狀焦的有序度、石墨化度與結晶度。經超聲空化處理并在1200℃高溫煅燒制備的針狀焦經過平面分子的堆疊，形成更大的平面大分子片層且有較多的“紙卷”狀纖維出現。
　　 3.向煤瀝青中添加氯化鐵(FeCl3)或對甲苯磺酸(PTSA)和六次甲基四胺(HMTA)后，經聚合煅燒生成大片層纖維結構的針狀焦。在磁場作用下平面大分子沿磁場方向進一步取向有序排列，呈現出較好的針狀纖維結構。
　　 4.經磁場處理后制備的

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度的增加，針狀焦試樣的電化學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能的主要方式。添加了磁場后