專利名稱：中間相炭微球的制取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于炭素材料領(lǐng)域，主要涉及由瀝青、芳香族重質(zhì)油制取中間相炭微球的方法。
中間相炭微球是炭素材料領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新型炭素材料之一，它是相關(guān)部門(mén)一系列前沿技術(shù)取得突破和發(fā)展的關(guān)鍵性材料。中間相炭微球粉末可用于各種功能材料，它的石墨化產(chǎn)品是優(yōu)良的鋰離子電池負(fù)極材料。以中間相炭微球?yàn)樵现圃斓奶胤N炭素制品具有超細(xì)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的各向同性、抗氧化性和耐燒蝕性，可作為各種結(jié)構(gòu)零部件。
較早的中間相炭微球的制取大都是在沒(méi)有使用添加劑的狀態(tài)下進(jìn)行的。存在問(wèn)題是聚合反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、聚合反應(yīng)溫度高、產(chǎn)品收得率低。為克服這些缺點(diǎn)，近幾年開(kāi)發(fā)了各種添加劑。特公昭62－25193中采用熱處理或氫化處理相結(jié)合先制得不含游離炭的瀝青，使用芳香族溶劑將上述瀝青分離為可溶成分和不溶成分，將得到的溶劑可溶成分與溶劑不溶成分改變比例后混合，再次進(jìn)行熱處理，以此實(shí)現(xiàn)光學(xué)各向異性小球體即中間相炭微球的高收得率。特開(kāi)平7－26852中，在煤焦油或煤瀝青中添加0．5－25％重量比的三環(huán)或三環(huán)以上的芳香族化合物，以此提高中間相炭微球的收得率。在特開(kāi)平7－126659中，是在煤焦油或煤焦油瀝青中添加0．5－10％重量比的炭黑，實(shí)現(xiàn)了中間相炭微球產(chǎn)率的一定提高。
上述各種改進(jìn)方法的不足是，或者制取過(guò)程復(fù)雜化，或者添加成分不易獲得，或者產(chǎn)品收得率提高不十分顯著。
在JP04－161183中，以萘為原料，以HF－BF3為催化劑，此種催化工藝雖能提高中間相炭微球收得率，但以純萘為原料，限制了原料的選擇，并提高了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的在于提供一種原料來(lái)源廣泛，成本低，且工藝簡(jiǎn)單，能夠明顯提高中間相炭微球收得率的中間相炭微球的制取方法。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明所述的中間相炭微球制取方法的工藝流程包括原料配備、混合、聚合反應(yīng)、分離和干燥?，F(xiàn)將各工序分述如下(1)原料配備原料配備時(shí)，原料的組成包含基本原料和催化物，其原料組成的配比(Wt％)為基本原料80－99．9％，催化劑為0．1－20％。
基本原料為瀝青或芳香族重質(zhì)油中任一種或任兩種以上之和。
催化劑為鐵、鈷、鎳的硝化物中任種或任兩種以上之和。
催化劑為鐵、鈷、鎳的硝化物中任一種或任兩種以上之和。
芳香族重質(zhì)油可以是煤焦油、石油工業(yè)重油、蒽油或萘多環(huán)芳烴中任一種；瀝青可以是煤瀝青或石油瀝青。
所述的芳香族原料沒(méi)有軟化點(diǎn)、游離炭或Q1含量限制?？梢允巧鲜龌驹系膯误w物，也可以是它們的配比物或混合物，還可是由上述原料加工形成的二次重質(zhì)芳烴，如在制取中間相炭微球時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)焦油或副產(chǎn)瀝青。
上述催化劑可以直接與基本原料混合，也可以搭載在其它載體上使用，例如做成具有一定形狀的粒狀催化劑，這樣催化劑在與中間相炭微球分離后可以反復(fù)使用，并且可以提高中間相炭微球的純度。
(2)聚合反應(yīng)將按照原料組成配比配備的基本原料和催化劑裝入聚合反應(yīng)器中進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)的參數(shù)如下壓力(Pa)1．0×103－1．0×107溫度(℃)350－500時(shí)間(h)0．01－10氣氛惰性氣體或自身反應(yīng)產(chǎn)生的保護(hù)氣氛。
聚合反應(yīng)后，獲得中間相炭微球和基質(zhì)的混合物。
(4)分離采用溶劑分離法、離心分離法或沉淀分離法將中間相炭微球從中間相炭微球與基質(zhì)的混合物中分離出來(lái)，獲取中間相炭微球。
溶劑分離法可采用吡啶、喹啉等溶劑，也可采用其它芳烴或烷烴溶劑，用過(guò)濾方法從所得的混合液中分離出中間相炭微球。
離心分離法在離心機(jī)上進(jìn)行。
沉淀分離法是將聚合反應(yīng)物與溶劑形成的液相－固相混合物在沉淀池中進(jìn)行沉淀分離，所得固相物即為中間相炭微球。
(5)干燥經(jīng)分離所得的中間相炭微球經(jīng)干燥后，即成為本發(fā)明所述的中間相炭微球。其干燥溫度為150－350℃，真空度為1．0×102－1．0×103Pa，揮發(fā)分控制在10－12％。
本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整原料的品種、成份配比及聚合反應(yīng)的參數(shù)，控制中間相炭微球的粒度、粒徑分布及表面狀態(tài)。
采用本發(fā)明所述的方法制取中間相炭微球的粒度為0．1－100μm，中間相炭微球的收得率25－70％。
采用本發(fā)明所述的方法，在不進(jìn)行中間相炭微球分離的情況下，可直接制取球形中間相含量高的瀝青。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、原料來(lái)源廣，價(jià)格低廉，成本低。
3、產(chǎn)品收得率高，突破了一般認(rèn)為中間相炭微球收得率不超過(guò)20％的常規(guī)。在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)中間相炭微球的粒徑≤10μm，其收得率通常＜10％。
4、產(chǎn)品粒徑、形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)可控。
5、此方法制取的產(chǎn)品具有廣泛用途。
實(shí)施例采用本發(fā)明所述的方法，按照其工藝流程，制備了多批中間相炭微球。其中六批試驗(yàn)的原料組成成分配比如表1所示。聚合反應(yīng)后進(jìn)行分離，隨后干燥、聚合反應(yīng)、分離方式和干燥參數(shù)如表2所示。經(jīng)干燥后，即獲得本發(fā)明所述的中間相炭微球。所得中間相炭微球的粒度及其收得率如表3所示。
為了對(duì)比，將現(xiàn)有技術(shù)中采用其它方法制備的中間相炭微球的三個(gè)比較例有關(guān)參數(shù)也加入了相應(yīng)的表中。
表1實(shí)施例及比較例的原料組成配比(Wt％)
表2實(shí)施例聚合反應(yīng)、分離及干燥參數(shù)
表3實(shí)施例及比較例所得中間相央微球的粒徑及收得率
權(quán)利要求
1.一種中間相炭微球的制取方法，包括原料配備、聚合反應(yīng)、分離及干燥，其特征在于原料配備時(shí)，原料的組成包含基本原料和催化劑，原料組成的配比(Wt％)為基本原料80～99．9％，催化劑為0．1～20％，基本原料為瀝青或芳香族重質(zhì)油中任一種或兩者之和；催化劑為鐵、鈷、鎳的硝化物中任一種或任兩種以上之和；聚合反應(yīng)的參數(shù)如下壓力(Pa)1．0×103－1．0×107溫度(℃)350－500時(shí)間(h)0．01－10氣氛惰性氣體或自身反應(yīng)產(chǎn)生的保護(hù)氣氛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取方法，其特征在于芳香族重質(zhì)油可以是煤焦油、石油工業(yè)重油、茵油或萘多環(huán)芳烴中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取方法，其特征在于瀝青可以是煤瀝青或石油瀝青。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的制取方法，其特征在于不進(jìn)行中間相炭微球分離，可直接制取球形中間相含量高的瀝青。
全文摘要
本發(fā)明屬于炭素材料領(lǐng)域。主要涉及由瀝青、重質(zhì)油制取炭素材料原料。本發(fā)明所述的中間相炭微球的制取方法包括原料配備、聚合反應(yīng)、聚合產(chǎn)物分離及干燥,原料的組成及配比(Wt%)為:基本原料80～99.9%,催化劑0.1～20%?；驹蠟闉r青或芳香族重質(zhì)油中任一種或兩者之和;催化劑對(duì)鐵、鎳、鈷的硝化物中任一種或任兩種以上之和。本發(fā)明具有產(chǎn)品收得率高,粒徑可控和粒徑分布均勻等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/08GK1278513SQ0012079
公開(kāi)日2001年1月3日 申請(qǐng)日期2000年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月14日
發(fā)明者尚爾超, 馬軍旗, 張殿浩, 李念民, 劉鐵軍 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鞍山熱能研究院