本论文进行了两方面的研究,一、沥青催化氧化聚合的研究;二、不同活化剂、不同原料对活性炭孔隙结构的影响研究。1、属于热塑性的煤沥青是炭材料重要原料之一,炭化前要进行不熔化处理以得到性能优良的炭材料前驱体。本论文通过参考文献的综合分析,确定了以硝酸钾、三氯化铝、对甲苯磺酸三种化学药品为催化剂,对煤沥青进行催化氧化聚合,确定了最佳的工艺条件,并对催化氧化聚合机理进行了初步探讨。三种催化剂分别与煤沥青混合均匀,催化剂的用量为 0.5%-3%,于 300℃空气气氛中进行 1-9 小时的聚合处理,通过软化点、甲苯不溶物、H/C 原子比、元素分析、红外光谱、热失重分析等手段分析催化剂的催化效果,同时考察了催化剂的种类、催化剂的用量、氧化聚合处理时间三因素对氧化聚合的影响。添加催化剂后,沥青的软化点、甲苯不溶物含量提高,H/C 原子比降低。随催化剂用量增加,反应时间的延长,催化效果更加明显。最佳的工艺条件为:催化剂为三氯化铝,用量 1%,热处理时间 6 小时,软化点上升到 300℃,比传统的氧化聚合时间(30 小时)缩短了 5 倍。催化剂的添加,加快了沥青分子侧链的断裂以及芳环的聚合速度,加快了氧化反应速度,软化点快速上升。不同催化剂对沥青氧化聚合反应催化效果不同,主要是由于催化剂对沥青分子具有选择性催化作用。三氯化铝对沥青中的大部分分子都具有催化氧化作用,对甲苯磺酸对沥青中分子量中等的分子具有催化作用。由此从理论与工艺两方面探索,得到如何将热塑性原料沥青进行快速不熔化处理,制备炭材料前驱体的方法。2、在微孔炭的制备中通常采用物理活化与化学活化两种方法,对制备高比表面积微孔炭多采用以强碱为活化剂的化学活化方法。论文针对不同的原料分别选择三种碱作为化学活化剂,以探索活化剂对微孔结构的作用机理。实验中采用 KOH、NaOH、Na2CO3 三种活化剂,石油焦、煤沥青焦为原料,工艺条件为:活化剂用量为 4 倍,活化温度 850℃,时间 80min。利用低温 N2吸附法考察不同活化剂、不同原料对活性炭孔隙结构的影响。研究表明,以石油焦为原料,KOH 活化制备的活性炭主要含有孔径分布 I<WP=4>集中在 4nm 的中孔和集中在 1nm 的微孔,NaOH 制备的活性炭为孔径分布集中在 1nm 的微孔结构,Na2CO3 制备的活性炭只含有集中在 4nm 的中孔。采用煤沥青焦为原料,KOH、NaOH 为活化剂制备的活性炭孔隙结构主要为微孔。活化过程孔隙的形成主要是对乱层石墨结构中碳原子层面的氧化刻蚀,如果被氧化的层数不同,孔大小不同。碱强度不同,对碳原子层的刻蚀氧化程度不同。KOH 制备的活性炭含有的中孔来源于两方面:(1)碳与 KOH 的剧烈反应使微孔被扩张为中孔;(2)钾蒸汽进入碳内层,使碳层隙增大,微孔扩张为中孔。制备活性炭孔隙结构不仅与活化剂种类、活化工艺有关系,与原料的结构也有很大的关系,原料挥发分含量以及结构致密程度对活性炭的性能都有影响。