顏丙峰等:煤瀝青與煤直接液化殘渣共炭化製備中間相炭微球機理及...

2020-12-17 全國能源信息平臺

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原文連結:https://link.springer.com/article/10.1007/s40789-019-00271-6

文章創新點

通過煤液化殘渣精製瀝青(DCLR-P)與煤瀝青(CTP)共炭化製備中間相炭微球,彌補了單一原料(CTP)的缺陷,改進了原料炭化的反應性,調整了炭化速度及中間相的結構,提高了產品收率,改善了粒徑分布,產品可以用作鋰電池負極材料。

摘要:本文對煤直接煤液化殘渣(DCLR)進行脫灰得到了煤液化殘渣精製瀝青(DCLR-P)。通過煤焦油瀝青(CTP)與煤液化殘渣精製瀝青(DCLR-P)共炭化製備了中間相炭微球(MCMBs)。隨著DCLR-P加入量的提高,MCMBs的產率由47.8%提高到56.8%。同時,MCMBs的粒徑分布變窄,其粒徑D90/D10的比值由154.88降至6.53。結果表明,DCLR-P的加入有利於MCMBs的生成。採用1H-NMR、FTIR、SEM、XRD等手段分析了CTP與DCLR-P共炭化製備MCMBs的機理及其產品特性。結果表明,DCLR-P的供氫指數(PDQI)為13.32,明顯高於CTP(0.83)。這表明,與CTP相比,DCLR-P含有更多的環烷結構,在縮聚反應中會發生氫轉移。DCLR-P的脂肪結構可以提高瀝青的溶解度和流動性,使MCMBs結構更加有序。石墨化後的MCMBs微觀結構為層狀結構,這對其電學性能是有利的。對石墨化後的MCMBs用作鋰離子電池負極材料進行了測試,石墨化後的MCMBs粒度、堆密度、比表面積和初始充放電效率均達到了國家標準GB/T-24533-2009中CMB-I(中間相炭微球類鋰電負極材料一級產品)的要求。然而,由於石墨化程度不高,導致其初始放電容量僅為296.3 mAh·g1。

關鍵詞:中間相炭微球,煤直接液化殘渣,機理,特性

Mechanisms and characteristics of mesocarbon microbeads prepared by co-carbonization of coal tar pitch and direct coal liquefaction residue

Abstract:DCLR-P was prepared by direct coal liquefaction residue (DCLR) with ash removal. In the present experiments, mesocarbon microbeads (MCMBs) were prepared by co-carbonization of coal tar pitch (CTP) and DCLR-P. With the increase of DCLR-P content, the yield of MCMBs increased from 47.8% to 56.8%. At the same time, the particle sizes distribution of MCMBs was narrowed, resulting in the decrease ofD90/D10ratio from 154.88 to 6.53. The results showed that DCLR-P had a positive effect on the preparation of MCMBs. 1H-NMR, FTIR, SEM and XRD were used to analyze the mechanisms and characteristics of MCMBs prepared by co-carbonization of CTP and DCLR-P. The results showed that the Proton Donor Quality Index (PDQI) of DCLR-P was 13.32, significantly higher than that of CTP (0.83). This indicated that DCLR-P had more naphthenic structure than CTP, which leads to hydrogen transferring in polycondensation reaction. The aliphatic structure of DCLR-P can improve the solubility and fusibility of mesophase, thereby making the structure of MCMBs more structured. The microstructure of the graphitized MCMBs had a substantially parallel carbon layer useful for its electrical performance. The performance of graphitized MCMBs as a negative electrode material for Li-ion batteries was tested. The particle sizes, tap density, specific surface area and initial charge–discharge efficiency of graphitized MCMBs met the requirements of CMB-I in GB/T-24533-2009. However, the initial discharge capacity of graphitized MCMB was only 296.3 mAh·g1 due to the low degree of graphitization of MCMBs.

Keywords: Mesocarbon microbeads, Direct coal liquefaction residue, Mechanisms, Characteristics

文中插圖:

Fig. 1Yields of MCMBs with different contents of DCLR-P

Fig. 2Particle sizes distribution of MCMBs

Fig. 3Variation of terminal pressure with different ratios of DCLR-P

Fig. 4The ratios of C/H of MP and MCMBs with DCLR-P added

Fig. 5FTIR spectra of CTP, DCLR-P and MP

Fig. 6XRD patterns of MCMBs with DCLR-P added

Fig. 7Polarized micrographes of MP (×500) a 0%, b 10%, c 20%, d 30%

Fig. 8SEM micrographs of MCMBs10 and graphitized MCMBs10 a MCMBs10. b, c graphitized MCMBs10

Fig. 9XRD patterns of graphitized MCMBs0 and MCMBs10

Fig. 10Raman Spectra of graphitized MCMBs0 and MCMBs10

引用格式:

Yan Bingfeng, Wang Guangyao. Mechanisms and characteristics of mesocarbon microbeads prepared by co-carbonization of coal tar pitch and direct coal liquefaction residue. International Journal of Coal Science and Technology, 2019,6(4): 633-642.

來源:JCST國際煤炭科學技術學報

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信息提供:常明然編輯整理:劉暘

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