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摘要
煤沥青球主要用于制造机械强度与负载密度高、孔径分布可控的球形活性炭，球形活性炭已在环保、医疗等领域得到广泛应用，因而探索煤沥青球的氧化不熔化特性将对球形活性炭的产品性能产生影响以及指导后续炭化、活化操作，对煤沥青球预氧化的热转化机理及热力学性质研究可为利用煤沥青球制备球形活性炭提供重要的理论依据。在氧气气氛中对不同粒径的煤沥青球进行不熔化处理，采用热重分析检测方法，运用KISSINGER法和Satava-Sastak分析法及其41种机理函数模型对煤沥青球的预氧化过程进行化学动力学参数的计算与反应机理分析，探寻其粒径的大小对各参数以及热转化过程中能量需求的影响。研究结果表明：煤沥青球的预氧化过程主要分为2个阶段，第1个阶段属于预氧化不熔化的热分解过程，粒径的大小影响氧分子在沥青球内的扩散，球体粒径越大则预氧化反应能量需求越高；但不同粒径的沥青球体与氧分子发生交联反应的本质相同，活性位点数目不多，指前因子的大小几乎不受粒径的影响。进入第2阶段的热缩聚过程后，沥青球发生剧烈的氧化反应，受第1个阶段不熔化处理的影响，球径越小则表面氧原子交联官能团越多、沥青球越稳定、高温下热分解反应需求能量越多、活性位点越少，导致第2个阶段的反应活化能随着粒径增大而减小，指前因子随着粒径的增大而减小。煤沥青球整个预氧化反应过程为非自发的吸热反应，粒径对焓变(ΔH)、熵变(ΔS)有较大影响；2个阶段中尽管吉布斯自由能变(ΔG)的变化很大，但同一反应阶段下，粒径对ΔG的影响并不明显。煤沥青球热转化过程的第1个阶段符合第18号机理函数，机理函数模型为随机成核模型，随后生长；第2个阶段符合第2号机理函数，机理函数模型为随机成核模型，随后扩散。
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