中低温煤沥青空气氧化改性及其焦化行为研究：调控气流速率促进硬碳结构转化

《Fuel》：Study on the air oxidative modification and coking behavior of medium- and Low-Temperature coal tar pitch

本文系统研究了空气流速（0-160 L/h）对中低温煤沥青（MLP）在350°C氧化改性过程及其衍生焦炭微观结构的调控作用。研究发现，增大空气流速可促进MLP分子脱烷基化、芳环缩合和交联反应，显著提升改性沥青的软化点（SP）、残炭值（CV）和甲苯不溶物（TI）含量。氧化反应诱导形成的C-O键和交联结构有效抑制了焦化过程中碳层的有序重排，促使衍生焦炭产生更细小的镶嵌结构、扩大层间距（d002）、提高光学各向同性结构比例，从而推动材料向硬碳结构转变。该研究为MLP高值化利用及低成本硬碳材料制备提供了新策略。

　　

章节亮点

原料特性

本实验采用的中低温煤沥青（MLP）购自中国辽宁鞍山某煤化工企业，其基础性质分析见表1。实验所用甲苯（T）、喹啉（Q）等试剂均购自北京化工厂，溴化钾（KBr）及无水乙醇（EtOH）购自辽宁全瑞试剂有限公司。所有试剂均直接使用，无需进一步纯化。

改性沥青的基础性质

工业分析与元素分析是解析沥青性质的基础手段。表2展示了不同空气流速下改性沥青的工业分析参数与元素组成。随着空气流速增大，改性沥青的软化点（SP）、残炭值（CV）和甲苯不溶物（TI）含量显著上升，而挥发分（VM）和喹啉不溶物（QI）含量呈现先增后降趋势。元素分析显示，氧元素含量随气流加速而增加，碳氢比（C/H）持续升高，表明芳构化程度加深。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进一步证实，气流加速促使脂肪侧链断裂，邻位取代氢生成增多，C-O键形成加速，而C(O)-O键发生分解。

结论

以MLP为原料，本研究通过空气氧化改性探究了气流速率对改性沥青基础性质及其后续焦化行为的影响。结果表明，在350°C反应温度下，增大空气流速显著促进MLP分子内部的脱烷基、芳环缩合及交联反应，导致改性沥青的基础性质发生深刻变化。