一种石油基炭素材料及其制备方法

本发明涉及炭素材料领域，具体地涉及一种石油基炭素材料及其制备方法。

背景技术：

1、世界范围内对炭素材料品质提升的需求日益增强，石油基高品质炭素材料一般采用油浆作为原料，但近年来油浆价格上涨，原料短缺，而重质沥青来源范围广、成本低，是一种可替代原料。

2、重质沥青作为石油基炭素材料的原料，存在杂质含量高的问题，特别是钒、镍、铁等重金属含量高，其炭化产物中重金属含量在500ppm以上。炭素材料作为锂电池负极材料的制备原料，gb/t 24533-2019锂离子电池石墨类负极材料标准规定，锂电池负极石墨的iii级品中铁、镍含量分别不得高于100ppm、5ppm，给其高附加值利用带来困难，因此，有效降低石油基炭素材料中重金属含量来提高其附加值利用是本领域人员亟待解决的技术问题。

3、在制备炭素材料过程中，原料深度缩合，金属杂质均被裹挟于炭质网格中，很难用物理或配加催化剂方法脱除。炭素材料中的金属杂质一方面会降低电极中活性物质的含量，造成电池容量降低，另一方面还会催化电解液与电极材料发生副反应，甚至引发隔膜穿刺，带来安全问题。

4、目前，降低炭素材料中重金属含量是通过添加催化剂加氢处理或使用脱金属剂的方式，但此方式会引入新的杂质原子，并且加氢试验条件要求高。从化学世界出版的《原油中重金属脱出技术研究进展》中可知，金属脱除剂会产生二次污染的问题，同时还会脱除有效组分，并且催化剂加氢处理，所需设备投资大，导致该方法的经济性和实用性不高。

5、现阶段，工艺上仍需开发一种降低石油基炭素材料中重金属的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服石油基炭素材料中重金属含量高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种制备石油基炭素材料的方法，该方法包括：

3、(1)将石油基炭化原料经热转化得到重质沥青，控制所述热转化的条件，使得所述重质沥青的次生沥青质的含量为20-40wt％；

4、(2)将芳香烃溶剂与所述重质沥青进行混合溶解，得到重质沥青-芳烃混合物；

5、(3)将所述重质沥青-芳烃混合物与极性溶剂进行沉降萃取，得到金属复合物和重质沥青沉淀物；

6、(4)将所述重质沥青沉淀物置于焦化反应釜中进行焦化处理以得到石油基炭素材料。

7、本发明的第二方面提供由第一方面中所述的方法制备得到的石油基炭素材料。

8、本发明与现有技术相比至少具有以下优点：

9、第一：本发明将石油基炭化原料经热转化得到次生沥青质显著增加的重质沥青，该重质沥青是炭素材料的优质原料，该方法有利于获得有效成分显著增加的优质炭化原料；

10、第二：本发明方法能在试验中实时监控与调控原料中有效组分(沥青)的反应程度，通过石油沥青的相行为，促使中间体重质沥青中的金属复合物被萃取分离；

11、第三：本发明方法试验条件温和，溶剂沸点低并可重复利用，相比其他脱金属剂改善了杂原子的引入问题，最终达到降低石油基炭素材料中重金属含量的目的，为石油基炭素材料的提质提供新方法。

技术特征：

1.一种制备石油基炭素材料的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述热转化的条件包括：在保护气氛下，温度为360-460℃，反应压力为0.1-8.0mpa，反应时间为0.1-6h。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述混合溶解的条件包括：温度为10-50℃，时间为1-120min。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，相对于每1g所述石油基炭化原料，所述芳香烃溶剂的用量为0.5-5ml。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述芳香烃溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、四氢萘中的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述沉降萃取的条件包括：温度为10-40℃，时间为1-300h。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，相对于每1g所述石油基炭化原料，所述极性溶剂的用量为5-20ml。

8.根据权利要求1-7中任意一种所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述极性溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述焦化处理的条件包括：温度370-540℃，时间为1-6h。

10.由权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的石油基炭素材料。

技术总结
本发明涉及炭素材料领域，具体涉及一种石油基炭素材料及其制备方法。该方法包含将炭化原料经热转化获得含有20‑40wt％次生沥青质的重质沥青，并将上述重质沥青经芳香烃溶剂溶解得到重质沥青‑芳烃混合物，接着重质沥青‑芳烃混合物经过极性溶剂沉降萃取得到金属复合物和重质沥青沉淀物，最后，将重质沥青沉淀物置于焦化反应釜中进行焦化处理得到石油基炭素材料。本方法具有反应条件温和、溶剂沸点低且可重复利用、减少杂原子引入，制备得到的石油基炭化原料中重金属的含量低的优点。

技术研发人员：范士广,孙胜男,卢芳芳,孙强,刘曾奇,徐振,王逸伟,郭绪强
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4