Кемерово, Россия
Каменноугольный пек – остаток разгонки каменноугольной смолы, который имеет широкое применение в качестве связующего в производстве электродов и анодной массы. Научный и прикладной интерес представляет получение пековых карбонизатов и разработка методик для повышения значения его выхода. В данной работе проведены эксперименты по термообработке в окислительной среде среднетемпературного электродного пека категории БcTр = 71,5 °C (АО «Алтай-Кокс»). Процесс термообработки пека происходил в реакторе объемом 5,6 л, который нагревался с помощью встроенной электронагревательной системы. Для усиления роста Tр во время термообработки продукты из газовой фазы откачивались насосом из реактора в сборник, где конденсировались. Термообработка происходила при T > 400 °С с термоокислением пека, так и откачкой дистиллятов. Окислительная среда создавалась путем подачи воздуха компрессором к расплавленному пеку. Процесс подачи воздуха происходил при достижении температуры выдержки, которая задавалась терморегулятором. Определен выход продуктов термоокисления. Также определены температуры размягчения Tр и выходы летучих X для полученных продуктов. Получены пеки с Tр = 140 °C и 158 °С. Также данная термообработка существенно снижала выход летучих веществ в конечных продуктах. Термообработанные пеки карбонизировались при T = 650 °С и T = 850 °C, определены выходы карбонизата. Также карбонизация проходила при дополнительных выдержках при 450 °С и 650 °С. Установлено, что термообработка увеличивала выход карбонизата на 10%. Выдержки при 450 °С и 650 °С также количественно увеличивали выход карбонизата.
п-толуидин, малеиновый ангидрид, (2z)-4-(метиланилино)-4-оксобут-2-еновая кислота, ИК- и ЯМР1Н-спектроскопия, потенциометрическое титрование, метрологические характеристики
1. Привалов В.Е., Степаненко М.А. Каменноугольный пек. Москва: Металлургия, 1981. 208 c.
2. Мочалов В.В., Пистрова П.Д., Зайдис Е.Г. Особенности низкотемпературной карбонизации пеков различной степени конденсированности // Кокс и химия. 1985. № 1. С. 31-35.
3. Montes-Moránab M.A., Crespoa J.L., Youngb R.J., Garcı́aa R., Moinelo S.R. Mesophase from a coal tar pitch: a Raman spectroscopy study // Fuel Processing Technology. 2002. V. 77–78. P. 207-212. URL: https://doi.org/10.1016/S0378-3820(02)00079-6 (дата обращения 06.08.2024).
4. Lia L., Lina X., Zhanga Y., Daib J., Xua D., Wanga Y. Characteristics of the mesophase and needle coke derived from the blended coal tar and bio-mass tar pitch // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2020. V. 150. P. 104889. URL: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2020.104889 (дата обращения 06.08.2024).
5. Cheng X., Zha Q., Li X., Yang X. Modified characteristics of mesophase pitch prepared from coal tar pitch by adding waste polystyrene // Fuel Processing Technology. 2008. V. 89, I. 12. P. 1436-1441. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.07.003 (дата обращения 16.08.2024).
6. Cheng X.L., Zha Q.F., Zhong J.T., Yang X.J. Needle coke formation derived from co-carbonization of ethylene tar pitch and polystyrene. // Fuel. 2009. V. 88. P. 2188-2192. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.05.006 (дата обращения 16.08.2024).
7. Svitilova J., Machovic V., Kolar F. 9,10-bis(chlormethyl)anthracene - Curing agent of coal tar pitch // Acta Geodyn. Geomater. 2006. Vol. 3, No. 2 (142). P. 57-62.
8. Xu H-t., Guo J-g., Li W-l, Li X-k. The effect of the molecular structure of naphthalene-based mesophase pitch on the properties of carbon fibers derived from it. New Carbon Mater. 2023. V. 38, №2. P. 369-377. URL: https://doi.org/10.1016/S1872-5805(23)60709-7 (дата обращения 26.08.2024).
9. Cao Y., Zang C., Zhang J., Gao F., Liu Y. High thermal-conductivity mesophase pitch-based graphite fiber with circular cross-section through a spinneret with a Y-shaped spinning hole // Carbon Trends. 2023. V. 10. P. 100244. URL: https://doi.org/10.1016/j.cartre.2022.100244 (дата обращения 06.08.2024).
10. Yuan G., Xue Z., Cui Z., Westwood A., Dong Z., Cong Y., Zhang J., Zhu H., Li X. Constructing the Bridge from Isotropic to Anisotropic Pitches for Preparing Pitch-Based Carbon Fibers with Tunable Structures and Properties // ACS Omega. 2020. V.5, I. 34. P. 21948-21960. URL: https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03226 (дата обращения 04.08.2024).
11. Пат. 2709446 P.Ф. Способ получения мезофазного пека / Кондрашева Н К., Бойцова А.А., Строкин С.В. опубл. 17.12.2019.
12. Wang Y., Li M., Zhao Z., Xu G. Preliminary exploration of the mechanism governing the cell structure variation of mesophase coal pitch/carbon black composite carbon foam // Diamond and Related Materials. 2023. V. 136. P. 110077. URL: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.110077 (дата обращения 03.08.2024).
13. Hlabathe T., Shiba N., Liu X. Mesophase pitch derived carbon foams with high compressive strengths and thermal conductivities as cobalt support // Materials Today Communications. 2023. V. 35. P. 105537. URL: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.105537 (дата обращения 06.08.2024).
14. Gong X., Lou B., Yu R., Zhang Z., Guo S., Li G., Wu B., Liu D. Carbonization of mesocarbon microbeads prepared from mesophase pitch with different anisotropic contents and their application in lithium-ion batteries // Fuel Processing Technology. 2021. V. 217. P. 106832. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106832 (дата обращения 26.08.2024).
15. Alvarez P., Granda M., Sutil J., Santamaría R.l., Ricardo Santamaría, Blanco C., Menéndez R. A unified process for preparing mesophase and isotropic material from anthracene oil-based pitch // Fuel Processing Technology. 2011. V. 92, I. 3. P. 421-427. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.10.004 (дата обращения 06.08.2024).
16. Lou B., Liu D., Qiu Y., Y. Fu, Guo S., Yu R., Gong X., Zhang Z., He X. Modified effect on properties of mesophase pitch prepared from various two-stage thermo-treatments of FCC decant oil // Fuel. 2021. V. 284. P. 119034. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119034 (дата обращения 06.08.2024).
17. Santamaría R., Blanco C., Granda Ferreira M. Mesophase development in petroleum and coal-tar pitches and their blends // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2003. V. 68-69: P. 409-424. URL: https://doi.org/10.1016/S0165-2370(03)00034-2 (дата обращения 16.08.2024).
18. Тарахно Е.В., Шустиков В.И., Пинтюлин И.Н., Берман Д.Д., Гамазина Г.А., Пырин А.И. Исследование мезофазных превращений в каменноугольных мягких пеках // Кокс и химия. 1992. № 11. С. 25-29.
19. Lü X.-J., Xu J., Li J., Lai Y.-Q., Liu Y.-X. Thermal-Treated Pitches as Binders for TiB2/C Composite Cathodes // Metallurgical and Materials Transactions. 2012.V. 43. P. 219–227. URL: https://doi.org/10.1007/s11661-011-0821-x (дата обращения 06.08.2024).
20. Xie X.-l., Zhao C.-x., Zhang H.-p., Cao Q. The effect of coal-tar pitch modification with polyethylene glycol on its properties and the semi-coke structure derived from it // Carbon. 2014. V. 76. P. 473. URL: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2014.04.046 (дата обращения 06.08.2024).
21. Kumar R., Jain H., Chaudhary A., Kumari S., Mondal D.P., Srivastava A.K. Thermal conductivity and fire-retardant response in graphite foam made from coal tar pitch derived semi coke. // Composites Part B: Engineering. 2019. 172. P. 121–130. URL: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.05.036 (дата обращения 06.08.2024).
22. Хохлова Г. П., Барнаков Ч. Н., Малышева В. Ю., Попова А.Н. Влияние режима термообработки на каталитическую графитацию каменноугольного пека // Химия твердого топлива. 2015 № 2 С. 10-16. URL: https://doi.org/10.7868/S002311771502005X (дата обращения 06.08.2024).
23. Хохлова Г. П., Малышева В. Ю., Барнаков Ч. Н., Попова А.Н., Исмагилов З.Р. Влияние природы и количества катализатора на фазовую структуру углеродного полученного низкотемпературной каталитической графитизации каменноугольного пека // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013. № 5, 99. С. 21-24.
24. Хохлова Г. П., Барнаков Ч. Н., Хицова Л. М., Малышева В.Ю., Исмагилов З.Р. Особенности термопревращения каменноугольного пека в условиях низкотемпературной каталитической графитации при разных режимах термообработки // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2014 № 1, 101. С. 89-94.
25. Twigg A.N. Relationship between chemical structure and secondary quinoline insoluble formation in electrode binder pitches // Fuel. 1987. V. 66, Issue 11. P. 1540-1543. URL: https://doi.org/10.1016/0016-2361(87)90015-9 (дата обращения 06.08.2024).
26. Гайсаров М.Г., Мальцев Л.Д., Мочалов В.В. О природе α1-фракции пека и ее влиянии на качество углеродистых изделий // Кокс и химия. 1981. № 10. С. 37-39.
27. Marsh H., Heintz E.A., Rodriguez-Reinoso F. Introduction to Carbon Technologies. Alicante: Universidad de Alicante, 1997. P. 669.
28. Zander. M. Die Chemie der Pyrolyse von aromatischen Kohlenwasserstoffen in der Gas- und Flüssigphase // Erdöl-Erdgas-Kohle. 1989. V. 105. P. 373.
29. Lewis I. Chemistry of carbonization // Carbon. 1982. V. 20. P. 519-529. URL: https://doi.org/10.1016/0008-6223(82)90089-6 (дата обращения 06.08.2024).
30. Сидоров О.Ф., Селезнев А.Н. Перспективы производства и совершенствования потребительских свойств каменноугольных электродных пеков // Российский химический журнал. 2006. V. L, l. 1. P. 16-24.
31. Ковалев Р. Ю., Гаврилюк О. М., Никитин А. П., Исмагилов З. Р. Исследование термоокислительной обработки электродного каменноугольного пека // Кокс и химия. 2023. № 7. С. 14-18. URL: https://doi.org/14-18.https://doi.org/10.52351/00232815_2023_07_14 (дата обращения 06.08.2024).
