摘要:
低QI(原生喹啉不溶物)含量的软沥青(SCTP)是制备煤系针状焦的优选原料,研究其在成焦过程中的结构变化有助于高品质针状焦的研制。基于样品的X射线衍射(XRD)数据,利用Smarsly团队开发的CarbX软件对其全谱拟合,定量出SCTP在不同炭化温度(400,500,600,800,1000,1200和1400°C)下的微晶结构参数,进而在纳米尺度下研究SCTP的热致结构变化情况。结果表明,随炭化温度升高,微晶堆垛的石墨烯层大小L_(a)从初始沥青的10.3A逐步增大到1400°C的47.9A,但在500°C前L_(a)增加缓慢,只有当温度超过800°C后,L_(a)才显著增大,这表明需要800°C以上的高温才能使交联石墨烯层内的原子重组,进而导致微晶长大。然而,石墨烯碳网的C-C键长l_(cc)受温度的影响很小,在1.41~1.42A范围内变化。由于SCTP在液相炭化成半焦过程中存在中间相转化,导致微晶堆垛高度L_(c)在500°C前逐步增大,在500°C时达到最大(L_(c)=31.1A),随后由于半焦进一步热解缩聚,使L_(c)逐步减小,在1000°C时达到最低点(L_(c)=15.4A),超过1000°C后又开始增大。与L_(c)的变化趋势相同,堆垛的石墨烯层数N从原始沥青的2.66层增加到500°C的约9.05层,随后减小到1000°C的4.55层,超过1000°C后又开始增大。由于500°C前样品仍处于沥青态,所以此阶段微晶的石墨烯层间距a_(3)都较大,约为3.50A。当在500°C变为半焦后,a_(3)迅速减小至3.44A。随后温度升高,a_(3)在1000°C达到最小(a_(3)=3.39A),1000°C后又开始增大,这表明焦炭经历了收缩再膨胀过程。通过CarbX软件拟合样品的XRD数据,除了可得到样品炭微晶的主要尺寸(L_(a),L_(c),N,a_(3))信息外,还可获得这些参数的分散性(k_(a),k_(c),σ_(3),ε_(3))以及堆垛的取向性(q)、均匀性(η)和无序碳含量(c_(un))等信息,有利于深入了解样品的微观结构,有助于优质针状焦的生产。