規(guī)模制備瀝青基碳纖維成為可能

“我們不僅從煤焦油中得到了多種高附加值精細(xì)化學(xué)品，還用煤焦油分離得到的精制瀝青拉制出了長達(dá)萬米的長絲碳纖維。”中國礦業(yè)大學(xué)魏賢勇教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在煤焦油高效利用技術(shù)上的探索有望讓煤焦油身價(jià)大增。記者昨日從該課題組了解到，目前他們正在與有關(guān)單位合作攻克通過預(yù)氧化和石墨化等制備高性能瀝青基碳纖維的技術(shù)難題，力爭早日實(shí)現(xiàn)碳纖維的規(guī)模化制備。


魏賢勇教授在2013年第14屆煤科學(xué)與技術(shù)會(huì)議上介紹“煤焦油的高效分離和催化轉(zhuǎn)化”課題進(jìn)展

迄今為止，國內(nèi)外煤焦油加工主要方式是蒸餾，獲得的是一些較低端的產(chǎn)品，并未挖掘出煤焦油所蘊(yùn)含的真正價(jià)值。由于中低溫煤焦油和高溫煤焦油的組分差別特別大，魏賢勇教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)分別開發(fā)出了適用于高溫和中低溫煤焦油的兩個(gè)高效利用體系。

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對于高溫煤焦油，他們采用分級萃取的方法分離出其中的2～6環(huán)芳烴、1～4環(huán)含雜原子的芳香族化合物和瀝青。通過后續(xù)的重結(jié)晶等步驟，分離出諸多高附加值的縮合芳香族化合物純品。最后留下的重質(zhì)成分瀝青是高溫煤焦油中非常令人頭疼的部分，它的價(jià)格便宜，但在高溫煤焦油中的比例卻最高，用傳統(tǒng)工藝難以將其加工成高附加值產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)瀝青的高效使用，魏賢勇教授把分級萃取后得到的瀝青進(jìn)一步分離為精制瀝青，用于制作針狀焦、超高功率電極浸漬劑、炭微球、高性能碳纖維和高等級公路瀝青黏合劑。

目前，世界碳纖維90%是聚丙烯腈碳纖維。以丙烯腈為原料理論上可以制備結(jié)構(gòu)規(guī)整和拉伸強(qiáng)度很高的碳纖維，但缺點(diǎn)是原料價(jià)高，噴熔等過程需要使用難回收的高沸點(diǎn)溶劑，制備工藝十分復(fù)雜，調(diào)控難度很大，碳纖維收率低，排放的CO和HCN等嚴(yán)重污染環(huán)境。 123,123

與丙烯腈相比，以高縮合程度芳烴為主成分的高溫煤焦油瀝青為原料可以制備性能更好的碳纖維。魏賢勇教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)通過長期潛心研究，開發(fā)出通過分級萃取從高溫煤焦油中切取窄餾分精制瀝青的技術(shù)，繼而通過后續(xù)的熱縮聚制備出了高軟化點(diǎn)可紡瀝青，并實(shí)現(xiàn)了長達(dá)萬米的碳纖維的連續(xù)紡絲。2010年，課題組與棗莊礦業(yè)集團(tuán)成功建設(shè)了高溫煤焦油萃取分離中試裝置，為大規(guī)模萃取分離煤焦油進(jìn)而制備瀝青基碳纖維奠定了基礎(chǔ)。

與此同時(shí)，課題組又依據(jù)中低溫煤焦油的組成特征開發(fā)出了中低溫煤焦油定向萃取技術(shù)，通過與陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院合作建設(shè)的定向萃取實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，把中低溫煤焦油清晰地分離為較易揮發(fā)的烴類組分、酚類組分和瀝青，為后續(xù)的催化加氫、精細(xì)分離和高附加值利用創(chuàng)造了有利條件。



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