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针状焦是一种灰色有金属光泽的炭素制品,因其自身结构线性有序度高、真密度大、电阻率小、热膨胀系数低、机械强度大等一系列优点而广泛应用于制备高功率和超高功率石墨电极材料等其他领域。然而我国作为一个煤炭大国,煤炭资源要远远比石油资源储量丰富,且每年伴生约660万吨煤沥青（CTP）,具有碳含量高、易石墨化和低廉易得等特点,这使得发展煤系针状焦相较于油系针状焦有着天然的优势,且更符合我国国情。尽管我国针状焦生产制备工艺已经相对成熟,但是制备出的针状焦质量同发达国家相比仍存在一些差距。为此,许多研究者对煤沥青进行了不同方式的改性处理,希望进一步改善其结构,以制备纤维结构更多,质量更好的针状焦。鉴于此,本研究以高温煤沥青为原料,通过电场法除去沥青中喹啉不溶物等杂质,将预处理后得到的精制沥青（RCTP）拟采用氧气为氧化剂直接对其进行氧化改性,探索氧化改性时长对煤沥青组成性质的影响。将得到的氧化改性煤沥青（MCTP）继续经过炭化和煅烧得到各向异性中间相组织（AMT）、半焦（SC）和针状焦（NC）,分别探索了改性对AMT、SC和NC的影响,并且探索出了一条拟合度很好的关于煤沥青芳香氢含量与AMT含量的定量关系曲线。为进一步改善焦结构,提高针状焦有序度、石墨化度等性能,探索了石墨烯添加量对AMT、SC和NC的影响,进而为改进针状焦工艺提供了一条可行的改进途径。采用红外光谱仪（FT-IR）、氢核磁共振分析（~1HNMR）、元素分析、热重分析（TG）、偏光显微镜、X射线衍射仪（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）等手段对氧化改性煤沥青、各向异性中间相组织、半焦及针状焦的结构和性能进行了表征。以下为得出的主要结论:（1）以氧气作为氧化剂,在碱性条件下对CTP进行氧化改性。改性后的MCTP软化点均呈现不同程度的提高,C、H含量减少,O含量增加。MCTP中Har含量增加,Hal含量减少,H/C比值降低,稠环结构增多,聚合度增大,从而有利于中间相微球的形成、长大和融并,有利于形成晶体结构有序的半焦和针状焦。整体上说,MCTP具有更多的芳香C-H伸缩振动峰和更明显的芳环骨架振动吸收峰;而相比于RCTP讲,脂肪族C-H伸缩振动峰则要弱很多,且MCTP中出现了较强的C=O伸缩振动峰。这表明通过氧化改性,煤沥青中的轻组分烷烃支链被氧化进入液相离开体系或以气态的形式如CO2、CH4逸出体系,这使得MCTP中含有大量的芳香结构和芳香氢,含有较少的烷烃结构和脂肪氢,且通过氧化改性将一些含氧官能团如羧基、酯基等引入到MCTP中。另外通过氧化改性,MCTP的热稳定性发生了变化,使得MCTP的热稳定性显著提高,从而残炭率增大,表明MCTP具有更好的热稳定性。其中改性5 h的MCTP-5变化最为显著,芳香氢含量为68.15%,较RCTP提高了26.63%;残炭率为53.94%,相较于RCTP提高了27.02%。（2）氧化改性对煤沥青炭化生成AMT、SC结构及煅烧后生成NC结构和性能有显著影响。相比于未改性RCTP,由MCTP炭化形成AMT含量更高,SC的结构更有序,晶体结构更加规整,NC则呈现出更好的流线型纤维结构,晶体结构更加有序、均匀,晶面层间距更低,芳核层数更大,石墨化度更高,真密度更大。其中改性5 h后的煤沥青（即MCTP-5）炭化后生成的AMT-5中各向异性中间相组织含量最高,为94.1%,同未改性AMT相比提高了35.5%;炭化后的半焦SC-5的晶体结构最致密,晶面间距最低,d002为0.3490 nm,晶粒尺寸最大,Lc为1.3692 nm,石墨片层堆积最致密;经高温煅烧后的针状焦NC-5石墨片堆积的更致密,层间距显著降低,d002为0.3424 nm,晶粒尺寸最大,Lc为3.468 nm,流线型纤维结构数量显著提高,同时芳香核片数最多,M为11.13,石墨化度G最高为18.6%,真密度ρT为2.098 g·cm-3,较未改性NC相比提高了0.159 g·cm-3。（3）在RCTP与MCTP-5中添加不同比例的石墨烯对炭化生成AMT含量、半焦及煅烧后NC有很大程度影响。随着石墨烯添加量的不断增大,AMT-G与AMT-5-G中各向异性中间相组织含量、SC-G与SC-5-G晶粒尺寸、NC-G与NC-5-G流线型纤维结构、取向性、石墨化度等均得到不同程度的改善优化。其中在石墨烯添加量为0.5 wt.%时,AMT-G-0.5与AMT-5-G-0.5各向异性中间相组织最多;SC-G-0.5与SC-5-G-0.5晶粒尺寸Lc分别为1.2736 nm和1.8488 nm;NC-G-0.5与NC-5-G-0.5纤维组织最多,结构最明显,层间距最小分别为0.3433 nm和0.3411 nm,芳香核片数分别为10.27和11.35,石墨化度分别为8.14%和33.7%。其中,NC-5-G-0.5同未添加石墨烯的NC-5-G-0相比提高了15.1%;真密度ρT分别为2.031 g·cm-3和2.156 g·cm-3,分别提高了0.074 g·cm-3和0.158 g·cm-3。