河北興隆中元古代硫化物黑煙囪形成機(jī)理及其意義科研成果

碳質(zhì)中間相首先由Brooks和Taylor在前人工作的基礎(chǔ)上研究煤的焦化時(shí)所發(fā)現(xiàn)。

中間相是從液晶學(xué)中借用的術(shù)語(yǔ)，表示物質(zhì)介于液體和晶體之間的中介狀態(tài)。

所謂碳質(zhì)中間相是指瀝青類(lèi)有機(jī)物向固體半焦過(guò)渡時(shí)的中間液晶狀態(tài)。

對(duì)炭質(zhì)中間相的形成理論的研究大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，形成了具有代表性的三種理論:傳統(tǒng)理論、"微域構(gòu)筑"理論"、"球形單位構(gòu)筑"理論

⑴ 傳統(tǒng)理論

瀝青加熱到>350℃時(shí)，經(jīng)熱解、脫氫、環(huán)化、縮聚和芳構(gòu)化等反應(yīng)，形成分子量大、熱力學(xué)穩(wěn)定的多核芳烴化合物的低聚物，并相互堆積、成為兩維有序的聚集體。

隨反應(yīng)程度的提高，低聚物的分子量和深度增大。由于縮聚分子呈平面狀，分子厚度幾乎不變。隨分子量增加，分子長(zhǎng)徑比不斷增加，當(dāng)長(zhǎng)徑比超過(guò)一臨界值時(shí)，發(fā)生相轉(zhuǎn)變，成為有序的片狀液晶體。

隨片狀液晶體濃度增加，為使平行排列的平面分子所形成的新相穩(wěn)定，要求體系表面自由能最小，因而轉(zhuǎn)化為表面體積最小的圓球形。

傳統(tǒng)理論把中間相球體長(zhǎng)大的原因歸結(jié)為:

①吸收母液分子，卻沒(méi)有給出吸收的條件過(guò)程;

②球體間的相互融并，融并的前提是球體片層間的相互插入，但這種片層間插入所需的能量不僅要高而且球體相遇插入的實(shí)現(xiàn)幾率較小。

⑵ "微域構(gòu)筑"理論

由日本學(xué)者M(jìn)ochida等人提出，認(rèn)為炭質(zhì)中間相的形成過(guò)程是先形成具有規(guī)則形狀的片狀分子堆積單元，然后由片狀分子堆積單元構(gòu)成球形的微域，再由微域規(guī)程成中間相球體的過(guò)程。

"微域構(gòu)筑"理論避開(kāi)了球體片層之間相互插入而長(zhǎng)大的不合理解釋?zhuān)肓藢?shí)際上并不存在的片狀分子堆積單元(即，規(guī)則微晶)，使得該理認(rèn)也有待改進(jìn)。

⑶ "球形單位構(gòu)筑"理論

天大化工學(xué)院李同起、王成揚(yáng)等人在研究非均相成核中間相形成的基礎(chǔ)上，提出了含有一定喹啉不溶物的煤焦油瀝青中中間相形成的"球形單位構(gòu)筑"理論，該理論認(rèn)為:中間相形成和發(fā)展過(guò)程是三級(jí)結(jié)構(gòu)的連續(xù)構(gòu)筑，先由小芳香分子縮聚形成大平面片層分子(一級(jí)結(jié)構(gòu))，再由大平面片層分子層積形成球形的中間相構(gòu)筑單元(二級(jí)結(jié)構(gòu))，然后由這些構(gòu)筑單元直接堆積形成中間相球體(三級(jí)結(jié)構(gòu))。

之后，又把該理論進(jìn)一步引申，擴(kuò)展成為"粒狀單元構(gòu)筑"理論，使構(gòu)成中間相的基本單元不再局限為球形體，也可以是其它形狀的顆粒，從而把該理論能更好地適用于具有不同分子構(gòu)型的其它原料。

該理論能夠比較合理地解釋不同原料所制備的中間相炭微球形貌、中間相炭微球成核、發(fā)育長(zhǎng)大和解體的過(guò)程特征、原料瀝青中喹啉不溶物對(duì)中間相形成和發(fā)展的作用及中間相炭微球表現(xiàn)顆粒或粒狀的突起，并能預(yù)測(cè)不同尺寸物理添加劑對(duì)中間相形成和發(fā)展的作用。