中间相炭微球.ppt

“球形单位构筑”理论 之后，又把该理论进一步引申，扩展成为”粒状单元构筑“理论，使构成中间相的基本单元不再局限为球形体，也可以是其它形状的颗粒，从而把该理论能更好地适用于具有不同分子构型的其它原料。 “球形单位构筑”理论 该理论能够比较合理地解释不同原料所制备的中间相炭微球形貌、中间相炭微球成核、发育长大和解体的过程特征、原料沥青中喹啉不溶物对中间相形成和发展的作用及中间相炭微球表现颗粒或粒状的突起，并能预测不同尺寸物理添加剂对中间相形成和发展的作用。 中间相炭微球的组成及结构 原料沥青性能及制备工艺的不同，中间相炭微球的结构组成存在较大差异。 通常中间相碳微球主要成分为喹啉不溶物（QI），同时还可能存在一部分β树脂（甲苯不溶但溶于喹啉的组分）。 元素组成为C、H、S；C90%，其次是H。 粒径在1~100μm，商品化的在1~40μm。 中间相炭微球的组成及结构 地球仪型 洋葱型 同心圆型 第四种结构 图 MCMB的不同结构模型 不同结构的中间相炭微球具有不同的稳定性和发育、解体能力。 中间相炭微球的性质 MCMB通常不溶于喹啉类溶剂，热处理时不熔融,石墨化时不变形。 随处理温度的升高，MCMB分子排列不发生变化，氢含量下降，层间距减小，密度增大，晶胞变大； 600℃时发生中间相结构的变化，700℃以上变成固体，比表面积出现极大值。 1000℃左右形成收缩裂纹，裂纹方向平行于MCMB的层片方向。 MCMB及其热处理产物呈疏水性。 对表面进行改性处理后，表面活性非常高。 中间相炭微球的应用 锂离子电池负极材料 复合材料 活性炭微球 液相色谱柱填料 催化剂载体 其他用途 锂离子电池负极材料 MCMB作为负极材料具有如下优点： 　　　MCMB是一种球形颗粒，它能够紧密堆积而形成高密度电极； 　　　MCMB具有较低的表面积，减少了在充放电过程中发生的表皮反应； 　　　MCMB内部晶体结构呈径向排列，意味着其表面存在许多暴露着的石墨晶体边缘，从而使MCMB能够大电流密度充放电； 　　　通过调整制备工艺和热处理条件可控制MCMB晶体结构，从而获得性能最佳的材料。 复合材料 由于MCMB为微米级球形颗粒，并且通过调整组分内β树脂含量可以具有适宜的自粘结性，因此是一种制备复合材料的优质原料。 直接压粉成型，热处理发生自烧结作用生成高强高密各向同性碳材料，省去了普通石墨制品所需的混捏、浸渍、焙烧等工序，而制备出的碳材料又具有杰出的力学性能。 其它复合材料 把碳化硼颗粒（３μm）与MCMB混合均匀后，在100~300ＭＰa下冷压成型后高温（2000℃）热处理所制备的复合材料具有良好的抗氧化性能。 MCMB与碳纤维复合材料显示出杰出的力学性能，即：高强度、高密度和优越的耐磨性能。与通常的Ｃ／Ｃ复合材料比具有工艺简单、成本低等优点，因此这种复合材料有望得到更广大的应用。 活性炭微球 KOH活化后比表面积可达3000～4600m2/g，尺寸≤80μm，孔径≤２nm。 中孔型高比表面积活性炭微球比表面积为2500～3200m2/g，中孔孔容在50-70 %，粒径在２0μm左右。 较高含量的中孔孔容是一种理想的双层电容器材料。 液相色谱柱填料 液相色谱柱理想的填料应具有以下要求： 　　　１）能够然强酸或基本溶剂下使用； 　　　２）不产生由溶剂造成的体积变化或　 　　　　　这种变化很少； 　　　３）耐高温（如150～250℃）； 　　　４）尽可能完全无活性； 　　　５）在水中分离能力不变化。 催化剂载体 中间相炭微球可吸附某些催化剂而成为催化剂,若对其进行等离子体预处理 ,可增大催化剂吸附量。 由于MCMB具有相对较大的导电性 ,也可用于电极的催化剂载体 。 其他用途 另外 ,MCMB还可用作填充材料、导电材料、阳离子交换剂、功能复合材料以及表面修饰炭材料等。 若能廉价高效地进一步制得具有特定尺寸、结构定向性好的中间相炭微球 ,就可以使之更广泛地应用于诸如机械工业、核能工业、化学工业、半导体工业、新能源、环保等领域。 思考题 以煤沥青为原料，制备活性炭微球。 在350℃以上长时间对沥青进行热处理会导致分子间连续的脱氢缩聚反应，逐步形成热力学稳定的多核芳烃平面状大分子，在分子间力的作用下，若干分子的综合按向列液晶状态排列，显示取向性，一旦成核，吸附分散在各向同性母液中的大分子，逐步靠拢生长，进一步堆积成向列型液晶相，称为中间相。中间相表面张力要高于形成它的小分子量的各向同性液态相，因而形成小球。 * 第四章