[发明专利]一种富氮细镶嵌结构沥青焦的制备方法

说明书

本发明提供了一种富氮细镶嵌结构沥青焦的制备方法，将粉碎至粒度＜80目筛的中低温煤沥青为原料，将一定比例的芳香类富氮有机物(喹啉，异喹啉，2‑甲基喹啉、4‑甲基喹啉，2,4‑二甲基喹啉)作为添加剂添加到中低温煤沥青中调控沥青的热转化特性，依据共缩聚原理制备富氮细镶嵌结构沥青焦，能够明显拓展特种炭材料的来源，拓展燃料电池和光催化降解催化剂的来源，降低生产成本，减小环境污染、满足煤焦油沥青深加工制备高品质、低污染、高附加值炭素材料的需求。

技术领域

本发明涉及煤焦油深加工领域，尤其涉及一种富氮细镶嵌结构沥青焦的制备方法。

背景技术

中低温煤沥青在常温下是一种呈现褐黑色的固体，是中低温煤焦油(来源于低阶煤在600℃热解制备兰炭时得到的热解焦油)提取精细化学品原料后的大宗剩余物。中低温煤沥青是由分子量分布较宽的脂肪族化合物和芳香类化合物组成的复杂混合物，具有含碳量高、理化性质特殊、来源广泛、和价格低廉等特点决定了它作为高性能炭材料前驱体的可行性。因此，根据中低温煤焦油沥青自身分子结构和元素组成的特殊性，对其进行进一步加工制备高性能炭材料，是提高中低温煤焦油沥青的附加值，提高经济效益的重要途径。

鉴于文献中报道(材料导报,2016,30(8):127-131)，中低温煤沥青的分子结构中有较多的脂肪烃，并且芳烃中含有较多、较长的侧链。依据缩聚原理和中低温煤沥青自身分子结构的特征，可以判定中低温煤沥青是制备细镶嵌结构优质原料。芳香类富氮有机物(喹啉，异喹啉，2-甲基喹啉、4-甲基喹啉，2,4-二甲基喹啉)来源于煤焦油，与中低温煤沥青的分子结构有一定的共性，在与中低温煤沥青共缩聚过程中仍然可以形成镶嵌沥青炭，并且引入一定量的氮原子，经过焙烧处理后能得到富氮细镶嵌结构沥青焦。

富氮细镶嵌结构沥青焦，因其碳骨架的特殊性和富氮这一突出特点，在锂离子电池负极、超级电容器、燃料电池的催化剂和光降解催化剂等方面有很好的应用，特别是在燃料电池和光降解催化剂领域，拥有着媲美贵重金属系催化剂的催化效果，却比贵重金属系催化剂更廉价、更环保的优势。因此，开发一种原料来源广泛、简单可控、可操作性强、成本低的富氮细镶嵌结构沥青焦方法意义重大。

发明内容

本发明提供了一种富氮细镶嵌结构沥青焦的制备方法，将粉碎至粒度＜80目筛的中低温煤沥青为原料，将一定比例的芳香类富氮有机物(喹啉，异喹啉，2-甲基喹啉、4-甲基喹啉，2,4-二甲基喹啉)作为添加剂添加到中低温煤沥青中调控沥青的热转化特性，依据共缩聚原理制备富氮细镶嵌结构沥青焦，满足煤焦油沥青深加工制备高品质、高附加值炭素材料的需求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种富氮细镶嵌结构沥青焦的制备方法，包括以下步骤：

1)将中低温煤沥青与芳香类富氮有机物按照质量比为100：10～50的比例加入混合器中混合均匀得到沥青混合料，并将沥青混合料加入高压反应釜中；

2)将高压反应釜放入电加热炉中，并控制反应温度至145℃～155℃，恒温搅拌时间不低于30min；

3)继续搅拌，电加热炉继续升温至460℃～510℃，恒温90min～300min，停止加热，在整个升温和恒温过程中控制反应釜压力为1.5MPa～2.5MPa，得到富氮生焦；

4)将富氮生焦转移至焙烧炉中，通入N₂保护，按2℃/min～10℃/min的升温速率升温至600℃～900℃，恒温1h～1.5h，得到富氮细镶嵌结构沥青焦。

所述中低温煤沥青的粒径80目。

所述芳香类富氮有机物为喹啉、异喹啉、2-甲基喹啉、4-甲基喹啉、2,4-二甲基喹啉中的一种或几种。

上述步骤2)中电加热炉的升温速率为5℃/min。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：