前言

我國煤炭資源分布面廣，品種齊全，包括變質程度低的褐煤、中變質程度的煙煤以及變質程度高的無煙煤，其總量豐富。而我國石油資源貧乏，致使長久以來煤炭一直被作為一次能源直接用來發電和燃燒供熱，導致煤炭轉化利用率低和環境污染嚴重的問題。為了改變這種低利用率、高環境污染的現狀，必須對煤進行深加工處理，使之轉化成化工產品或功能性原料，廣泛用于化肥、塑料、合成橡膠、合成纖維、染料和醫藥等化工領域，為煤炭的高效轉化利用開辟新途徑。煤與乙炔有機合成可以用來生產電石；煤焦油可以制備芳香族化合物，在煉焦過程中，還會得到大量的苯、甲苯、二甲苯等。無煙煤具有煤化度高、碳含量高、揮發分低的特點，僅僅被作為生產化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷等民用工業的原材料，不僅浪費資源，而且附加價值極低。因此，積極開展煤的非能源利用以及高附加值的深加工轉化方面的研究已經受到了科技工作者們的密切關注。

無煙煤的碳含量高達80%以上，變質程度高，具有與石墨相似的層片狀結構，主要由縮合芳香環基本單元和少量的氫化芳香環、脂環和雜環等構成，煤結構單元外圍除了連接著烷基側鏈外，還有一些像羧基（—COOH）、羥基（—OH）、甲氧基和醚鍵等含氧官能團以及少量硫醇（R—SH）、硫醚、二硫醚、雜環硫等含氮和含硫官能團，賦予了煤較高的活性，有利于煤的化學改性，為煤基功能性填料的開發提供了充足的原材料。利用無煙煤的特殊網狀大分子結構，采用深加工技術對無煙煤進行超細化改性，剝離其芳香層片結構，制備與聚合物具有良好的相容性的煤基功能性填料，可以改善填充聚合物的物理力學性能，起到補強作用；可以改善填充聚合物的絕緣性能、阻燃性能和加工性能；可以降低聚合物的相對密度，增大體積，降低成本。此外，無煙煤特有的層狀結構，還可以阻礙氣體在聚合物基體中的擴散和滲透，從而改善填充聚合物材料的阻隔性能。與其他填料一樣，煤基填料具有增容增強的雙重性，可以部分替代以石油、天然氣、焦爐煤氣、煤焦油等為原料生產的高成本炭黑，減少污染，降低聚合物復合材料的生產成本，其發展前景十分樂觀。

本書內容主要是作者完成的國家自然科學基金項目（51104060）、河南省高等學校青年骨干教師資助計劃項目（2014GGJS-040）、河南理工大學“太行學者”發展計劃項目、河南理工大學青年骨干教師資助計劃項目以及河南理工大學博士基金項目的研究總結。課題的參與者和河南理工大學“煤基功能碳材料”課題組所有成員對本書中介紹的研究成果付出了辛勤勞動，另外本書所引用的參考文獻也為本書的編寫提供了很好的借鑒和指導作用，在此對為本書做出貢獻的所有人員表示感謝。

本書內容主要包括緒論、無煙煤微觀結構特性研究、無煙煤的酸浸-氧化改性、無煙煤的溶脹和插層改性、無煙煤的機械力化學改性、無煙煤/橡膠復合材料的制備及性能、無煙煤對橡膠復合材料的增強貢獻機理七個部分。本書全部內容的編寫和審核定稿工作均由河南理工大學張玉德完成。

由于水平有限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

著者