《煤的熱溶萃取物製備碳纖維研究》是依託華中科技大學，由李顯擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：煤的熱溶萃取物製備碳纖維研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：李顯
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
我國碳纖維技術發展較晚, 國內碳纖維用量的90％左右依靠進口。山西煤炭資源豐富且煤種齊全，煤基碳纖維可能是山西煤炭發展的重要方向之一。當今國內外關於碳纖維的研究熱點之一即為探索低成本的碳纖維原料。申請人提出了一種“煤的熱溶萃取-多級分離”方法，利用此方法獲得的煤萃取物兼具稠環芳烴和鏈狀分子結構特徵、無水無灰，且具有熱塑性，可以作為碳纖維前驅體使用。本方法處理條件溫和、工藝簡單且成本低。申請人和合作人在前期的研究工作中已經成功地製備出了碳纖維。但是萃取工藝條件、紡絲、原絲的不熔化處理等過程還需要進一步最佳化和深入研究。本項是在前期工作基礎上對煤熱溶物製備碳纖維的深入研究，最終目標是製備一種新型的碳纖維前驅體，並獲得中高性能的功能性碳纖維。至今為止，此方法在國內外尚無相關報導。申請人和合作人在本研究方面已經有多年的合作基礎，前期研究結果也已經證明本項目的可行性較高。
結題摘要
我國碳纖維技術發展較晚, 國內碳纖維用量的90％左右依靠進口。山西煤炭資源豐富且煤種齊全，煤基碳纖維可能是山西煤炭發展的重要方向之一。當今國內外關於碳纖維的研究熱點之一即為探索低成本的碳纖維原料。基於此，本項目在申報人前期煤的熱溶萃取研究的基礎上，探索了熱溶萃取條件對煤萃取物化學結構及組成、軟化點等關鍵特性參數的影響規律研究，並開拓性地提出了生物質廢棄物的“熱溶富碳”方法。然後，採用煤及生物質的萃取產物為前驅體，製備了微米級和納米碳纖維。並對整個反應過程及機理做了較詳細考察。結果發現，煤種的H/C比與萃取率有一定的相關性；煤中的水分可促進煤中含氧官能團的斷裂，含水煤的萃取收率高於乾燥煤；萃取物的灰含量極低。煤基低分子量萃取物收率在350℃時率達到33.48%，脫氧提質效果隨著萃取溫度的提高而提高。生物質“熱溶富碳”產物的碳含量分別高達82.36%；另外，本研究也建立了生物質“熱溶富碳”反應機理和反應動力學模型。煤及生物質的萃取物具備高碳含量、低氧含量、幾乎無灰且具備良好的熱塑性，非常適合做為前驅體套用於製備碳纖維。獲得的前驅體通過熔融紡絲製備的結構增強用碳纖維平均模量達到30GPa；以此種方法獲得的前驅體通過靜電紡絲製備的納米級碳纖維比表面積可達714.24m2/g，R值可達到1.46；通過靜電紡絲製備的煤基活性碳纖維比表面積可達1005m2/g，R值可達到1.38；萃取後殘渣可用於製備活性炭，所得的活性炭的比表面積可達到2216 m2/g，比容積可達到1.170 cm3/g。採用層間噴塗法製備了GR/CF/PEEK 複合材料，彎曲強度和彎曲模量分別達到1512.3 MPa、73.6 GPa。所以，本項目不僅提出了一種新型的煤和生物質基碳纖維製備方法，也為我國煤和生物質的高附加值利用提供了一條新途徑。
