煤沥青化学改性减少致癌多环芳烃含量的研究

大连理工大学硕士学位论文煤沥青化学改性减少致癌多环芳烃含量的研究姓名：黄杨柳申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张秋民20090626煤沥青化学改性减少致癌多环芳烃含量的研究作者：黄杨柳学位授予单位：大连理工大学相似文献(2条)1.会议论文李铁虎.陈彦.单玲.徐振华碳/碳复合材料用基体前驱体(沥青)的改性研究1998该文以国产工业煤沥青为主要原料，采用化学改性法，使沥青中的低分子物质变为大分子物质，在增加了整个沥青分子中碳氢原子比（Ｃ／Ｈ）的基础上，提高了沥青的软化点、残碳率等，进而提高了Ｃ／Ｃ复合材料的性能。2.学位论文任呈强沥青基碳材料浸渍-碳化的数值计算2006碳/碳复合材料的低成本制造已经成为人们共同关注的课题，因此，以煤沥青为基体前驱体的低压浸渍－碳化法制备碳/碳复合材料的工艺依然具有潜力可挖掘。计算机模拟技术已经在材料科学的许多领域成功应用，但是却几乎没有在煤沥青浸渍－碳化中应用的报道。可能是由于煤沥青的具体成分不明、缺乏非平衡中间态的数据和其特殊的平面芳环大分子结构。影响煤沥青浸渍一碳化的因素很多，建立适当的统计模型对煤沥青浸渍－碳化进行数值计算，对优化工艺、评价和设计原料、弄清演变机理、提高制备效率和产品质量具有重要意义。本文在此领域进行了下列探索性研究：通过对煤沥青中喹啉不溶物(QI)颗粒的受力分析，发现QI滤饼的形成类似于悬浮液的恒压过滤。对一维球体堆积模型进行改进，并结合Endo等提出的渗透系数方程，对已知QI颗粒尺寸分布的沥青的滤饼渗透系数进行了计算，结果与实验值接近。并定量计算了QI颗粒分布对QI滤饼的渗透系数的影响，结果表明减小小颗粒含量或增大其直径都可以提高滤饼的渗透系数。通过模拟渗透性实验，结合渗透性的理论计算，确定了增塑剂、絮凝剂和化学改性剂对煤沥青渗透性的作用机理。增塑剂通过在煤沥青中不同极性的分子间定向吸附，降低沥青的粘度来提高其渗透性。絮凝剂通过凝结小QT颗粒形成较大的凝胶束来提高沥青的渗透效率，与沥青的组分不发生化学反应，也不改变沥青的粘度。改性剂与沥青中的低分子发生化学反应，增大了粘度，也增加了二次QI，前者对渗透不利，后者具有助滤作用，总体上使沥青渗透性大幅度降低。在考虑QI颗粒的尺寸分布、预制体的孔隙类型与尺寸分布的基础上，耦合液体沥青在不同介质中的流动行为，建立了煤沥青浸渍工艺的数学模型。计算发现闭孔难以被填充，浸渍效率主要由开孔浸渍效果决定，取得了与实验一致的结果。讨论了沥青性能、工艺参数、预制体结构对浸渍效率的影响，为浸渍工艺优化和原料设计提供了理论依据。成功地采用分段连续反应动力学模型对改性沥青的TG-DTG曲线进行拟合，克服了单阶反应模型的不足。Coats-Redfem方法计算表明，三种伪组分的表观活化能和残碳率分别为36.807KJ/mol、185.205KJ/mol、65.828KJ/mol和20.5％、72.2％、94.3％，与甲苯可溶物、甲苯不溶而喹啉可溶物、喹啉不溶物的文献值接近，并且每一种组分的热解都是一级反应。对加热速率分别为2.5K/min、5K/min和10K/min的沥青热失重进行计算，其结果与实验数据非常接近。在连续性二聚机理基础上，建立了煤沥青分子量分布的MonteCarlo模型，计算了煤沥青等温热解的分子量分布结果，与文献中的数据吻合良好。440℃时，反应时间延长，低分子量物质热解减缓，而中等分子量组分反应速率增加。温度从440℃提升到450℃，加剧了煤沥青热解，其中中等分子量组分的反应速率提高得更加明显。计算结果表明煤沥青分子量的一些参数如平均分子量、分予量分散系数、分子量分布宽度等在碳化过程中存在遗传性。联合煤沥青的热解动力学方程与气泡生长动力学模型，计算了沥青中由于挥发分导致的气泡的生长过程，定性地解释了实验过程中的一些表观现象。尽管表面张力、液体粘度和温度对气泡的生长都会产生影响，但挥发分的增加是决定气泡生长动力学的主导因素。加热速率从2.5K/min升至10K/min，气泡生长动力学机制并不发生变化，然而气泡半径增长速率和液体的径向速率却成倍增大，易导致液态沥青外溢和固相半焦产生裂纹。与中温煤沥青相比，低温煤沥青产生的气泡尺寸更大。在“气泡有限逃逸”机制的基础上，将沥青基碳/碳复合材料的碳化分为两个区域，即液态反应区和固化半焦区，产生的气体大部分被限定在液相区，并在固相区释放。通过有限差分法求解能量方程、动力学方程、连续性方程组成的微分方程组，得到了温度、压力、沥青的转化率等在碳/碳复合材料中的分布。讨论了加热速率、试样厚度和原料沥青对这些参数的影响，为制定更合理的碳化工艺提供了理论依据。本文链接：授权使用：沈阳化工学院(syhgxy)，授权号：bb01669d-c405-4997-b5cb-9e2200f05bde下载时间：2010年11月2日