生物质衍生碳质中间相的形成机理研究

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碳质中间相是制备高性能碳材料的优质前驱体,已经广泛应用于碳纤维、泡沫碳、针状焦、碳-碳复合材料和中间相炭微球的工业化制造中。碳质中间相是重质芳香烃类物质(煤焦油、石油)在热处理初期,多环芳香烃分子发生热缩聚而产生的一种向列型液晶物质,其结构、组成对碳材料的性能有重要影响。碳质中间相的结构复杂,形式多样,其性质随原料化学组成和加工条件而变化,从而使得其制备工艺十分复杂。经过半个世纪的发展,制备碳质中间相的原料扩展到合成树脂或纯芳烃缩聚而成的合成沥青,如萘沥青、聚氯乙烯/聚乙烯混合沥青等。然而,最原始的原料还是来自石油和煤。随着油气资源的急剧减少,石油将会供不应求,加上人们对环境问题的日趋重视,开发洁净可再生资源成了紧迫而有重要意义的课题。农业中的秸秆、木屑等生物质无疑具有这样的好处,而我们则需要找到一种可以方便利用可再生的生物质来制取中间相的方法,以更合理的实验条件来实现中间相的形成。本文利用木屑、秸秆、苹果渣等生物质为原料,反应剂/改性剂为催化体系,采用热处理方法,制备生物质衍生碳质中间相。它具有光学各向异性,自烧结性和自粘结性等特点。其粘结性能优良,在高温碳化时会发生强烈的收缩,由此可以得到高强度和良好成型的碳块。此制备方法工艺简单,成本低,能耗低,具有资源、环保等多方面重要意义。本文对木屑、秸秆等形成的碳质中间相进行了元素分析,溶解性能研究,在POM,SEM,TEM下观察其微观形貌。并对研究了不同反应条件对生成的碳质中间相的微观形貌和数量的影响。对秸秆衍生的碳质中间相分析了其中硅元素的形态变化。
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