活性炭电极材料的表面改性和性能

以硝酸、双氧水、氨水三种化学试剂分别对活性炭进行表面改性, 用N2吸附法和FTIR表征炭材料改性前后孔结构和表面官能团的变化. 制备了以改性活性炭为电极材料, KOH溶液为电解质的模拟双电层电容器. 用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法考察了双电层电容器的电化学性能. 结果表明, 改性活性炭比表面积和平均孔径有所降低, 并且在炭材料表面引入了含氧或含氮官能团, 如—OH、>CO、—NH2等, 使炭材料的润湿性增强、电阻减小、电化学性能显著提高. 用65%硝酸改性后炭材料的比容量最高达到250 F·g-1, 比原样炭提高了72.4%; 实验电容器的漏电流急剧下降, 只有3-18 μA, 为原来电容器的漏电流(371 μA)的0.8%-4.9%.     

用核桃壳烧成活性炭

炭是人人所熟悉的一种东西,我们平常用它来烧开水、做饭,冬天还可以烤火。这种炭在煤炭商店里都可以买到,价格也很便宜;而在化工原料公司中放着另一种炭,名叫活性炭的,它的价格比普通炭高,每斤值几元。活性炭和普通炭不同,它们的区别不在化学成分而是物理状态。活性炭的表面积很大,尤其有巨大的内表面,一般是每克有几百平方米,这种内表面构成许多毛细管,所以活性炭能吸附气体和具有脱色的能力。制活性炭的方法和所用原料各有不同,我们北京大学化学系的下放干部曾经用核桃壳试制活性炭成功,现正建立工厂,准备大批生产。下面想谈谈几种制活性炭的方法。     

炭在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能

研究了活性炭粉在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能. 通过线性扫描伏安曲线的测试发现, 将炭粉用酸处理, 碳酸盐中的炭含量、炭粒径、反应温度和反应气氛均会对活性炭的电化学氧化性能产生影响. 研究结果表明, 用HCl处理活性炭, 升高反应温度, 适当增加炭含量及炭粒子粒径和通入N2气均会提高活性炭的电化学氧化活性. 经HCl处理的、炭含量为15 g和炭粒径<100 μm的活性炭在850 ℃下、在N2气保护下和电位扫描速率为20 mV/s时的开路电位(OCP)为-1.40 V, 在-0.4 V下的电流密度可达到200 mA/cm2.     

超级电容器炭电极材料的研究

炭电极材料是超级电容器的核心,该领域的研究近年来相当活跃,活性炭粉、活性炭纤维、碳凝胶、碳纳米管、玻态炭、模板炭、碳化物衍生炭、石墨烯等各种多孔炭材料用作超级电容器电极材料的研究都有报道.本文概述了我们近年来在超级电容器炭电极材料方面的研究工作,主要介绍了强碱化学活化制备活性炭电极材料、纳米CaCO3模板法制备介孔炭电...     

甲烷在活性炭上裂解制氢研究

在连续流动石英固定床反应器上研究了甲烷在活性炭上裂解制氢的反应，并对反应前后活性炭的比表面积以及孔径分布等的变化进行了测定。结果表明，甲烷在五种活性炭上的裂解行为基本相同，反应初期转化率最高，随着反应进行转化率逐渐降低直至一个平稳的状态；降低甲烷分压和增加甲烷与活性炭的接触时间可提高甲烷转化率；温度的升高有利于初始转化率的提高，但不利于活性炭的稳定性；反应后活性炭比表面积、孔容及微孔孔容都明显降低，平均孔径增大，孔径分布向中孔方向迁移，说明甲烷的裂解导致了活性炭孔特别是微孔内的炭沉积以及进一步的孔堵塞。     

固体多孔性粉状物比表面的测定——动态吸附法

固体的许多性质是其比表面的函数,如化学反应中所用的催化剂,其表面积的大小直接影响化学反应的速度,而在化学电源中,电极的表面积或制备电极活性物质的材料的表面积的大小也会影响电极的电化学特性,如烧结活性炭电极,如果增加其真表面积可增加空气去极电极的活性。而在炭焦化达30％时,氧在炭     

电化学双电层电容器用新型炭材料及其应用前景

活性炭是目前使用最为广泛的一种电化学双电层电容器（EDLC）的电极材料,但其固有的缺点制约了EDLC性能的进一步提高。用新型高性能炭电极材料可使EDLC比能量和比功率性能进一步提高。这些新型炭材料包括基于石墨层状结构的纳米门炭,基于碳纳米管阵列结构的毛皮炭,通过高温置换反应制备的骨架炭以及电极可整体成型的纳米孔玻态炭。本文介绍了这些炭材料的电化学特性及其在电化学双电层电容器中的应用,指出用这4种新型炭材料制备EDLC的比能量或比功率性能远高于目前活性炭基EDLC,具有良好的应用前景。     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

铁-钼/活性炭催化剂的费-托合成反应性能

用微型固定床反应器和原位穆斯堡尔谱考察了在活性炭担载的铁-钼双金属催化剂上的费-托合成反应和在反应条件下的物相。已知在费-托合成中铁有利于生成长链烃,钼有利于生成低碳烃。铁-钼/活性炭催化剂则综合了铁和钼的性质,其中铁-钼/油棕炭催化剂具有很好的活性和液化石油气选择性。在反应中,富钼催化剂的主要物相为铁-钼碳化物,而富铁催化剂的物相则为铁-钼碳化物和e’-Fe_2·2C碳化铁。     

微波-炭还原法处理一氧化氮的研究

报道了一种不需要催化剂而直接采用微波-炭还原技术处理-氧化氮(NO)的新方法.讨论了气体流量、反应温度、微波功率和施加微波时间对活性炭与一氧化氮发生还原反应的影响.比较了连续施加微波和间歇式施加微波方式下一氧化氮与活性炭发生化学反应转化为无公害的氮气(N₂)和二氧化碳(CO₂)的效率.研究结果表明,微波功率和反应器的类型及升温速率对一氧化氮与活性炭反应效率的影响较大.在连续施加微波时,一氧化氮与活性炭反应率可达98％以上.此外,还对一氧化氮与活性炭反应后的产物进行了表征.     

不同商品炭的表面性质对重金属离子的吸附性能的影响

采用多种商品炭如活性炭(CA)、煤粉(PC)、木质2.0生物炭(L2B)、椰壳生物炭(CSB)、稻壳生物炭(RHB)、硬炭毡(HCF)、软炭毡(SCF)、果壳生物炭(SB)等作为代表,通过各项表征手段检测不同商品炭的表面性质。利用扫描电镜(SEM)观察各商品炭的表面形貌,以傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和Boehm滴定法分别定性和定量分析不同商品炭表面官能团的种类和数量,通过对商品炭的形貌结构、表面含有官能团和晶体结构的分析,发现商品炭对重金属离子吸附的主要影响因素是酸性表面官能团,而商品炭形貌及孔隙度影响较小。     

微波—炭还原法处理一氧化氮的研究

报道了一种不需要催化剂而直接采用微波－炭还原技术处理一氧化氮（ＮＯ）的新方法。讨论了气体流量、反应温度、微波功率和施加微波时间对活性炭与一氧化氮发生还原反应的影响。比较了连续施加微波和间歇式施加微波方式下一氧化氮与活性炭发生化学反应转化为无公害的氮气（Ｎ２）和二氧化碳（ＣＯ２）的效率。研究结果表明，微波功率和反应器的类型及升温速率对一氧化氮与活性炭反应效率的影响较大。在连续施加微波时，一氧化氮与活     

超级电容器用炭/导电聚合物复合材料*

炭/导电聚合物复合材料是近年来发展起来应用于超级电容器的一种新型电极材料。炭材料与氧化物的复合材料,或者炭材料与导电聚合物的复合材料,能够将双电层电容与法拉第电容结合,既可提高超级电容器的比电容,改变其充放电电压,又可提高其循环性能。本文综述了近年来国内外各种炭材料,如活性炭,碳纳米管等与导电聚合物复合材料的研究进展,认为炭与导电聚合物的复合材料,尤其是性能优良的炭气凝胶,模板法制备的中孔炭,以及由金属或非金属碳化物与氯气等刻蚀剂反应制备的骨架炭与导电聚合物的复合材料是超级电容器电极材料研究的一个重要发展方向。     

废轮胎热解炭的分析及其活化特性的研究

用常规分析方法分析了废轮胎热解炭的成分和性质，用X射线能谱分析法、压汞法、N2吸附法等测定了热解炭的孔隙结构特性，并用CO2、含2％氧气的氮气流和水蒸气等活化气体对热解炭进行活化方面的研究。结果表明，热解炭灰分和硫含量比较高；两种不同粒径热解炭的比孔容积均在r≈25 nm处有最大值；在相同活化时间和活化剂流速下，温度越高，活化炭烧失率越大，比表面积也越大；在一定温度和活化剂流速下，烧失率和比表面积随着活化时间的增加而增大；对所有试验工况，烧失率越大，活化炭比表面积也越大。总体上水蒸气活化炭与CO2的活化效果较好，而含2％O2的氮气流活化的效果则次之。活化炭与商业活性炭的比较显示，前者具有较发达的孔隙结构，在进行大分子物质吸附时，具有替代商业活性炭的潜力。     

硅烷化活性炭的表面性质

测定了活性炭经三甲基氯硅烷蒸气处理后比表面、比孔容、平均孔径等的变化;研究了硅烷化炭表面的润湿性质和吸附性质.结果表明,随活性炭与三甲基氯硅烷反应时间的延长,其比表面和比孔容急剧减小,而孔径分布和平均孔径无明显变化;硅烷化后炭表面的疏水性明显增强;硅烷化炭自水中对正丁醇的吸附量增大.     

含氮活性炭催化氧化法消除烟道气中二氧化硫

向活性炭中加入含氮物质经高温处理或在制备活性炭时加入含氮高聚物都可得到含氮活性炭。用它们来催化氧化消除烟道气中SO_2,在一定的条件下可使消除量提高近一倍。实验室1013小时试验的结果表明其活性稳定。并考察了不同反应条件下含氮活性炭的反应性能。     

炭基材料催化过氧化物降解水中有机污染物:表面作用机制

近几年来,利用传统炭材料(如活性炭(AC)、生物炭(BC)、活性炭纤维(ACF)与活性炭布(ACC))以及纳米碳材料(如碳纳米管(CNT)、石墨烯(GE)、有序介孔碳(OMC)),或其表面改性后的炭基材料,代替金属催化剂,来催化活化过氧化物(包括过氧化氢(H_2O_2)、过一硫酸氢盐(HSO_5~-,PMS)、过二硫酸盐(S_2O_8~(2-),PS))产生高活性羟基自由基(·OH)或硫酸根自由基(SO_4~(·-)),从而氧化去除水中难生物降解有机污染物,成为水处理领域研究热点。在炭表面富含很多起催化作用的官能团,如羟基、羧基、酮基、吡啶、吡咯等,同时具有丰富多样的缺陷形状、离域π电子、杂化C轨道等,能共同协作表现出非金属炭基催化剂的优良特性。因此,不同类型材料及其表面官能团、表面结构、电子密度等因素对炭基材料催化过氧化物的机理发挥显著作用。本文深入分析了上述炭基材料在吸附、络合中间体、电子转移过程中催化过氧化物产生强氧化性的自由基,并高效降解水中有机污染物的作用机理,综述了2010年以来该类高级氧化技术在水处理领域的研究进展,特别是通过总结炭基材料的氧化改性作用、氮化改性作用、多原子原位掺杂作用以及还原改性作用,系统阐述了表面物理化学性质对炭基材料催化过氧化物的表面作用机制的影响,并归纳了氧化剂对炭基材料的表面作用机制,对存在的问题提出了新的研究展望。     

活性炭作为载体和还原剂对NO的还原作用

四种国产活性炭既作为载体又作为还原剂被用于ＮＯ还原反应，山楂核炭和山桃核炭作载体时ＮＯ还原转化率很高，椰壳炭和煤质炭作载体时ＮＯ还原转化率则较低，四种活性炭两－两分组现象可由其元素分析，ＮＨ３－ＴＰＤ、还原性及ＮＯ吸附量等结果来解释。另外ＣｕＯ／椰壳炭与ＣｕＯ／煤质炭的ＮＯ还原转化率的差别主要归于二者的ＮＯ吸附量不同，对ＣｕＯ／山楂核炭和ＣｕＯ／山桃核炭，ＮＯ还原转化率随反应温度的相对变化主要由其     

活性炭材料对镍基催化剂乙醇气相羰化性能的影响

采用浸渍法制备了负载在竹炭(BC)、柱状煤质炭(CYC)、果壳炭(FC)、木质炭(WC)和椰壳炭(CC)上的5种Ni基催化剂,考察了镍分散度、还原性能及催化乙醇气相羰化制丙酸的性能.用N2物理吸附法、X射线光电子能谱和程序升温脱附等方法研究了活性炭的孔结构特性、表面含氧官能团种类和数量.结果表明,Ni/CC的羰化活性最高,乙醇转化率和丙酸选择性分别为96.1%和93.2%,而Ni/BC的羰化活性最低,乙醇转化率和丙酸选择性分别为63.0%和32.7%.催化剂催化羰化性能与其载体活性炭材料的性质密切相关.     

K促进的Fe/椰壳炭催化剂对甲烷氮气常压合成氨性能的影响

采用等体积浸渍法制备了一系列催化剂用于甲烷氮气常压合成氨反应.对Si O2、γ-Al2O3、煤质柱状炭、椰壳活性炭为载体的Fe基催化剂的活性评价结果显示椰壳炭载体最优;通过对Zr、Ce、K等多种助剂的筛选,发现K促进的Fe基催化剂氨生成速率最高.利用XRD、SEM、BET等手段对载体和催化剂进行表征,结果表明椰壳炭具有规则孔道且孔容增大,催化剂还原后有新晶相KFe O2生成.最后在固定床微分反应器中,考察了常压合成氨催化剂的负载顺序及最优工况.结果表明,在常压700℃、VCH4/VN2=2/1、空速为2 800 m L/h时,催化剂3%K-5%Fe/椰壳炭的氨生成速率最高可达1.04×10-6mol·g-1·s-1,是现有文献值的83.5倍,将具有深远的工业应用前景.