第1章 绪论
我国煤炭资源总量丰富，分布面广，品种齐全。据统计，截至2013年年底，全国煤炭保有探明资源储量为1.4×1013t，仅西部地区就拥有全国90%以上的产量。我国煤炭还具备品种繁多的优势，包含变质程度低的褐煤、中变质程度的烟煤以及变质程度高的无烟煤，其中无烟煤占12%、褐煤占13%、烟煤占75%。煤炭资源丰富，石油产量贫乏是我国的自然资源特点，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，转化利用率较低。因此，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，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，为煤的转化利用开辟一条新途径。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，含碳量高，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已经受到了世界各国的密切关注和高度重视。
在煤的非能源利用及高附加值深加工转化利用领域里，国内外学者已经做了大量的研究。目前，在利用煤来生产煤焦油和焦炭方面已经取得了较好的成果，但因其存在高耗能、高污染的缺点，其发展前景也不容乐观。因此，学者们转而从材料学的角度对煤进行研究利用，开展了利用煤特有的两相结构直接制取各种功能性材料，包括煤基功能性填料、煤基橡胶复合材料、煤基树脂复合材料、煤基高分子功能材料和新型碳材料等。
在煤基功能性填料研究领域里，无烟煤具有潜在的自身优势，无烟煤的碳含量高，孔隙率高，芳香结构中桥键、侧链和官能团少，芳香环缩合程度大，煤分子排列向石墨化转变，芳香层片定向性较好，片层之间由弱氢键连接，形成类似于石墨的二维微晶片层结构。而且，无烟煤在作为煤基填料时，与聚合物具有良好的相容性，可以改善聚合物的物理力学性能，起到补强作用；可以改善聚合物的绝缘性能、阻燃性能和加工性能；可以降低聚合物的密度，增大体积，降低成本。此外，无烟煤特有的层状结构，可以阻碍气体在聚合物基体中的扩散和渗透，增大气体和溶剂分子在聚合物中的穿行路径，降低渗透率，从而改善聚合物材料的阻隔性能。
煤基聚合物复合材料属高分子科学与煤化学交叉研究的领域，而煤炭有机大分子由缩合程度不同的芳香烃及脂环、杂环结构单元组合而成，与某些功能型高分子材料的结构具有很高相似性，在性质上具有相容性。因此，以煤为原材料开发研究煤基功能性复合材料，已引起国内外科技界的广泛重视。但以无烟煤作为煤基填料时，其与聚合物的相容性还有待改善，对聚合物的增强和增韧需进一步加强，这就要求必须通过一定的化学手段，选用有针对性的改性剂对无烟煤进行超细化改性，以达到减弱和消除束缚在芳香微晶片层之间由于离子力、氢键力、电荷转移力产生的非共价交联键，进一步细化颗粒在聚合物中的分散尺寸，使其产生纳米尺寸效应，改善相容性后与聚合物共混，实现无烟煤的似石墨片层在聚合物中的良好分散，开发具有隔热、阻燃、阻气的新型功能聚合物复合材料。因而，在对无烟煤进行化学改性时，重点应放在提高无烟煤的化学反应活性，削弱无烟煤中非共价键交联力，断裂和减少支链和杂环结构，提高晶体碳含量，减少晶格缺陷，提高芳香度等方面。