煤石墨化:结构和差异性演化

作     者：王绍清 王小令 沙吉顿 穆瑞峰 WANG Shaoqing;WANG Xiaoling;SHA Jidun;MU Ruifeng

作者机构：中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第12期

页      面：4300-4312页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金面上资助项目(42072196) 宁夏可制备石墨烯煤炭资源优选与煤基石墨烯制备关键技术研发资助项目(2021BEG02015) 中央高校基本科研业务费资助项目(2022YJSDC18) 

主　　题：煤 石墨化 结构演化 差异性 不同碳类型 

摘      要：石墨作为战略性非金属矿产对我国的发展极为重要。然而我国的石墨矿产资源量有限,以煤为碳源制备石墨逐渐成为了当下乃至未来重要的发展趋势。在煤的石墨化过程中,伴随着杂原子的脱出,芳香层片逐渐拼叠,朝定向化发展,结构演化显示出了“渐变与“突变的特征,而这与煤大分子结构演化紧密相关。由于煤本身的非均质性,如显微组分差异、聚集态结构差异和分子结构差异,因而在石墨化过程中会产生不同的碳类型产物,使得对煤向石墨演变过程的研究充满了挑战。通过分析煤石墨化理论(包括微晶生长理论、乱层结构理论模型、易石墨化炭和难石墨化炭分类及多缺陷统计理论等),指出煤石墨化过程中,除了不断形成石墨微晶,还伴随着结构缺陷的不断修复过程。通过研究煤在石墨化过程中的结构演化,阐明了煤石墨化过程具有渐变性、突变性特征。系统探讨了煤显微组分、煤颗粒内外部、煤中不同聚集态结构对于煤石墨化的差异化作用,镜质体比惰质体更容易石墨化,指出不同显微组分石墨化差异性与其本身分子结构差异有关;煤颗粒受热后,颗粒边缘更容易定向,朝石墨化发展;易石墨化炭和难石墨化炭的差异体现在纳米结构上,难石墨化炭中曲率的存在抑制煤石墨化。最后,结合对石墨化后产物中不同碳类型分类分析,指出未来煤石墨化研究的重点和方向。