一种低共熔溶剂的制备方法及其在制备针状焦中的应用

本发明属于针状焦制备，具体涉及一种低共熔溶剂的制备方法及其在制备针状焦中的应用。

背景技术：

1、煤焦油沥青是煤炭转化利用过程中产生的部分含碳残留物，如果不对其进一步改性处理将会产生环境污染和资源浪费等问题。目前煤沥青精制的方法有：低温萃取法、热溶解和超临界萃取法。其中，在溶剂沸点下进行的索式提取是常用的低温萃取法。萃取剂一般为常规的有机溶剂，比如常用的脂肪烃溶剂正己烷和正庚烷；芳烃溶剂苯和甲苯；极性溶剂吡啶、喹啉和四氢呋喃等。发明专利cn116536070a对煤焦油沥青用不同萃取剂进行逐级萃取得到不同的组分与供氢剂和催化剂混合，经加氢和热缩聚处理后得到中间相沥青。发明专利cn113604241a从中低温煤焦油全馏分中切割出360℃～540℃馏分段的沥青，依次采用有机混合溶剂萃取工艺、离子液体萃取工艺和组分改质工艺得到精制沥青。发明专利cn113637493b将切割出的沥青与混合溶剂进行超声萃取、静置分离出上层液，回收混合溶剂后得到精制沥青，采用梯度萃取法从精制沥青中依次分离出不同的组分调配料。

2、上述专利中，虽然采用不同的萃取工艺对中低温煤焦油沥青进行处理精制，但是仍存在以下问题，采用的萃取剂都是常规的有机溶剂，存在易挥发且选择性较差等问题，可能危害环境和人类。因此，以上采用的溶剂己渐渐不能满足社会发展的需求，探索环境友好和萃取能力强的新型溶剂势在必行。

3、低共熔溶剂（des）是一种由氢键供体和氢键受体按不同摩尔比混合形成的熔点低于供体及受体任一组分的二元或多元混合物，是一种新型绿色介质。制备过程简单、纯度高、原子利用率高、可生物降解等特点，在溶解有机高分子、溶解生物质、萃取酚类化合物，以及石油脱硫、有机合成和离子热反应等领域具有潜在的应用，因此des比常规有机溶剂更安全和环保。发明专利cn114196431b由环糊精与小分子有机酸通过简单的混合搅拌得到des，将des用于萃取催化氧化脱硫。发明专利cn110128235b利用吗啉、醇类和有机酸作为氢键供体，咪唑盐作为氢键受体制备的低共熔溶剂作为萃取剂用于分离苯-环己烷体系。发明专利cn113976177b采用特定的氢键供体和特定的氢键受体为原料，通过加热反应得到了一种低共熔溶剂，并将该低共熔溶剂作为助催化剂，协同液体酸催化剂催化异构烷烃和烯烃发生异丁烷烷基化反应，得到异辛烷为主要成分的高辛烷值烷基化油。尽管已经合成并应用多种不同类型的低共熔溶剂，但是关于利用煤沥青萃取剂制备的低共熔溶剂相关研究和报道较少。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种低共熔溶剂，该低共熔溶剂在煤沥青常规萃取剂的基础上制备而成，具有选择性好、分离效果高，易于放大，适合工业化生产。

2、本发明的目的之二在于将上述低共熔溶剂作为萃取剂用于萃取中温煤沥青中易于定向热缩聚组分，并以此组分为原料进行热聚合、炭化获得针状焦。

3、本发明提供了一种低共熔溶剂的制备方法及其在制备针状焦中的应用。

4、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

5、一种低共熔溶剂的制备方法，将极性溶剂和短链脂肪酸混合，在水浴、搅拌条件下搅拌体系至均匀透明得到低共熔溶剂。

6、进一步，所述极性溶剂为四氢呋喃、糠醛、吡啶和喹啉中的至少一种。

7、进一步，所述短链脂肪酸为甲酸、乙酸和乳酸中的至少一种。

8、进一步，所述极性溶剂和短链脂肪酸的摩尔比为0.5:1～6:1。

9、进一步，所述水浴的温度为40℃～80℃。

10、进一步，所述搅拌的速率为20 rpm～80 rpm，搅拌的时间为1 h～2 h。

11、低共熔溶剂在针状焦中的应用，以低共熔溶剂作为萃取剂，对中温煤沥青进行萃取处理，得到精制沥青；再以精制沥青为原料进行热聚合得到半焦，然后进行炭化获得针状焦。

12、进一步，进行萃取后，抽提5~12h，将抽提液蒸馏后得到精制沥青。

13、进一步，所述低共熔溶剂与中温煤沥青的质量体积比为(8~15):1。

14、进一步，所述热聚合的具体条件为：在n2气氛下，反应压力为0.5 mpa～2.0 mpa的条件下，以1℃/min～2.5℃/min的升温速率升温至380℃～450℃，恒温保持3 h～6 h，制得半焦。

15、进一步，所述炭化的具体条件为：半焦在n2气氛下，以3℃/min～6℃/min的升温速率升温至1000℃～1400℃，保持温度煅烧5～8h，制得针状焦。

16、更进一步，所制得的针状焦的膨胀系数最低为1.20×10-6/℃，电阻率最小为524μω·m。

17、与现有技术相比本发明具有以下优点：

18、(1)本发明提供的低共熔溶剂通过简单的混合来制备，原料充分利用，不需要纯化操作，符合绿色化学的原则。

19、(2)本发明将低共熔溶剂作为萃取剂，对中温煤沥青进行萃取处理，与常规有机溶剂萃取中温煤沥青效果相比，萃取率显著提升。低共熔溶剂与常规有机溶剂萃取中温煤沥青效果相比，萃取率提升5%~15%。

20、(3)本发明利用常规溶剂作为氢键受体，短链脂肪酸作为氢键供体，氢键的形成更易于溶解煤沥青中的极性组分，同时还能破坏煤沥青中芳香环本身的胶体状态，提高煤沥青的利用率，得到煤沥青可溶组分以轻组分为主，适合制备高性能炭材料。

技术特征：

1.一种低共熔溶剂的制备方法，其特征在于：将极性溶剂和短链脂肪酸混合，在水浴、搅拌条件下搅拌体系至均匀透明，得到低共熔溶剂。

2.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂的制备方法，其特征在于：所述极性溶剂为四氢呋喃、糠醛、吡啶和喹啉中的至少一种；所述短链脂肪酸为甲酸、乙酸和乳酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂的制备方法，其特征在于：所述极性溶剂和短链脂肪酸的摩尔比为0.5:1～6:1。

4.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂的制备方法，其特征在于：所述水浴的温度为40℃～80℃；所述搅拌的速率为20 rpm～80 rpm，搅拌的时间为1 h～2 h。

5.根据权利要求1所述制备方法制得的低共熔溶剂在制备针状焦中的应用，其特征在于：以低共熔溶剂作为萃取剂，对中温煤沥青进行萃取处理，得到精制沥青；再以精制沥青为原料进行热聚合得到半焦，然后进行炭化获得针状焦。

6.根据权利要求5所述的低共熔溶剂在制备针状焦中的应用，其特征在于：进行萃取后，抽提5~12h，将抽提液蒸馏后得到精制沥青。

7.根据权利要求5所述的低共熔溶剂在制备针状焦中的应用，其特征在于：所述低共熔溶剂与中温煤沥青的质量体积比为(8~15):1。

8.根据权利要求5所述的低共熔溶剂在制备针状焦中的应用，其特征在于：所述热聚合的具体条件为：在n2气氛下，反应压力为0.5 mpa～2.0 mpa的条件下，以1℃/min～2.5℃/min的升温速率升温至380℃～450℃，恒温保持3 h～6 h，制得半焦。

9.根据权利要求5所述的低共熔溶剂在制备针状焦中的应用，其特征在于：所述炭化的具体条件为：半焦在n2气氛下，以3℃/min～6℃/min的升温速率升温至1000℃～1400℃，保持温度煅烧5～8h，制得针状焦。

10.根据权利要求5~9任意一项所述的应用中制得的针状焦。

技术总结本发明公开了一种低共熔溶剂的制备方法及其在制备针状焦中的应用，属于针状焦制备技术领域。本发明将极性溶剂和短链脂肪酸混合，在水浴、搅拌条件下搅拌体系至均匀透明，得到低共熔溶剂；以低共熔溶剂作为萃取剂，对中温煤沥青进行萃取处理，得到精制沥青；再以精制沥青为原料进行热聚合得到半焦，然后进行炭化获得针状焦。本发明低共熔溶剂的制备原料利用充分，不需要纯化操作，将低共熔溶剂作为萃取剂，对中温煤沥青进行萃取处理，与常规有机溶剂萃取中温煤沥青效果相比，萃取率提升5%~15%。同时拓宽了常规有机溶剂衍生物的应用范围。将其应用到萃取中温煤沥青工艺中，制备的针状焦产品结晶度高、晶体结构好，具有膨胀系数小的优点。技术研发人员：申文忠,张娟,左萍萍,曲世杰受保护的技术使用者：中国科学院山西煤炭化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/9