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规模制备沥青基碳纤维成为可能

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-06-21【

“我们不仅从煤焦油中得到了多种高附加值精细化学品,还用煤焦油分离得到的精制沥青拉制出了长达万米的长丝碳纤维。”中国矿业大学魏贤勇教授领衔的科研团队在煤焦油高效利用技术上的探索有望让煤焦油身价大增。记者昨日从该课题组了解到,目前他们正在与有关单位合作攻克通过预氧化和石墨化等制备高性能沥青基碳纤维的技术难题,力争早日实现碳纤维的规模化制备。


魏贤勇教授在2013年第14届煤科学与技术会议上介绍“煤焦油的高效分离和催化转化”课题进展

迄今为止,国内外煤焦油加工主要方式是蒸馏,获得的是一些较低端的产品,并未挖掘出煤焦油所蕴含的真正价值。由于中低温煤焦油和高温煤焦油的组分差别特别大,魏贤勇教授带领科研团队分别开发出了适用于高温和中低温煤焦油的两个高效利用体系。

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对于高温煤焦油,他们采用分级萃取的方法分离出其中的2~6环芳烃、1~4环含杂原子的芳香族化合物和沥青。通过后续的重结晶等步骤,分离出诸多高附加值的缩合芳香族化合物纯品。最后留下的重质成分沥青是高温煤焦油中非常令人头疼的部分,它的价格便宜,但在高温煤焦油中的比例却最高,用传统工艺难以将其加工成高附加值产品。为了实现沥青的高效使用,魏贤勇教授把分级萃取后得到的沥青进一步分离为精制沥青,用于制作针状焦、超高功率电极浸渍剂、炭微球、高性能碳纤维和高等级公路沥青黏合剂。

目前,世界碳纤维90%是聚丙烯腈碳纤维。以丙烯腈为原料理论上可以制备结构规整和拉伸强度很高的碳纤维,但缺点是原料价高,喷熔等过程需要使用难回收的高沸点溶剂,制备工艺十分复杂,调控难度很大,碳纤维收率低,排放的CO和HCN等严重污染环境。
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与丙烯腈相比,以高缩合程度芳烃为主成分的高温煤焦油沥青为原料可以制备性能更好的碳纤维。魏贤勇教授带领科研团队通过长期潜心研究,开发出通过分级萃取从高温煤焦油中切取窄馏分精制沥青的技术,继而通过后续的热缩聚制备出了高软化点可纺沥青,并实现了长达万米的碳纤维的连续纺丝。2010年,课题组与枣庄矿业集团成功建设了高温煤焦油萃取分离中试装置,为大规模萃取分离煤焦油进而制备沥青基碳纤维奠定了基础。

与此同时,课题组又依据中低温煤焦油的组成特征开发出了中低温煤焦油定向萃取技术,通过与陕西煤业化工技术研究院合作建设的定向萃取实验系统,把中低温煤焦油清晰地分离为较易挥发的烃类组分、酚类组分和沥青,为后续的催化加氢、精细分离和高附加值利用创造了有利条件。



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