前言

我国煤炭资源分布面广，品种齐全，包括变质程度低的褐煤、中变质程度的烟煤以及变质程度高的无烟煤，其总量丰富。而我国石油资源贫乏，致使长久以来煤炭一直被作为一次能源直接用来发电和燃烧供热，导致煤炭转化利用率低和环境污染严重的问题。为了改变这种低利用率、高环境污染的现状，必须对煤进行深加工处理，使之转化成化工产品或功能性原料，广泛用于化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、染料和医药等化工领域，为煤炭的高效转化利用开辟新途径。煤与乙炔有机合成可以用来生产电石；煤焦油可以制备芳香族化合物，在炼焦过程中，还会得到大量的苯、甲苯、二甲苯等。无烟煤具有煤化度高、碳含量高、挥发分低的特点，仅仅被作为生产化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷等民用工业的原材料，不仅浪费资源，而且附加价值极低。因此，积极开展煤的非能源利用以及高附加值的深加工转化方面的研究已经受到了科技工作者们的密切关注。

无烟煤的碳含量高达80%以上，变质程度高，具有与石墨相似的层片状结构，主要由缩合芳香环基本单元和少量的氢化芳香环、脂环和杂环等构成，煤结构单元外围除了连接着烷基侧链外，还有一些像羧基（—COOH）、羟基（—OH）、甲氧基和醚键等含氧官能团以及少量硫醇（R—SH）、硫醚、二硫醚、杂环硫等含氮和含硫官能团，赋予了煤较高的活性，有利于煤的化学改性，为煤基功能性填料的开发提供了充足的原材料。利用无烟煤的特殊网状大分子结构，采用深加工技术对无烟煤进行超细化改性，剥离其芳香层片结构，制备与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学性能，起到补强作用；可以改善填充聚合物的绝缘性能、阻燃性能和加工性能；可以降低聚合物的相对密度，增大体积，降低成本。此外，无烟煤特有的层状结构，还可以阻碍气体在聚合物基体中的扩散和渗透，从而改善填充聚合物材料的阻隔性能。与其他填料一样，煤基填料具有增容增强的双重性，可以部分替代以石油、天然气、焦炉煤气、煤焦油等为原料生产的高成本炭黑，减少污染，降低聚合物复合材料的生产成本，其发展前景十分乐观。

本书内容主要是作者完成的国家自然科学基金项目（51104060）、河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（2014GGJS-040）、河南理工大学“太行学者”发展计划项目、河南理工大学青年骨干教师资助计划项目以及河南理工大学博士基金项目的研究总结。课题的参与者和河南理工大学“煤基功能碳材料”课题组所有成员对本书中介绍的研究成果付出了辛勤劳动，另外本书所引用的参考文献也为本书的编写提供了很好的借鉴和指导作用，在此对为本书做出贡献的所有人员表示感谢。

本书内容主要包括绪论、无烟煤微观结构特性研究、无烟煤的酸浸-氧化改性、无烟煤的溶胀和插层改性、无烟煤的机械力化学改性、无烟煤/橡胶复合材料的制备及性能、无烟煤对橡胶复合材料的增强贡献机理七个部分。本书全部内容的编写和审核定稿工作均由河南理工大学张玉德完成。

由于水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

著者