几种植物基活性炭材料的孔结构与吸附性能比较--(Ⅰ)孔结构表征

测定了3种植物基活性炭材料：椰壳活性炭(CAC4)、剑麻茎基活性炭(SSAC)和剑麻基活性碳纤维(SACF)的氮吸附等温线，并用不同的理论方法对其孔结构进行了分析和表征．结果表明：CAC4为微孔型，孔径分布集中且大部分是0．7nm以下的板微孔：在相同条件下制备的SSAC和SACF孔分布较为相似，都呈多分散性，结构中除微孔外，还含有丰富的中孔，中孔率均超过50％以上．两者相比，SACF的中孔量和平均孔径更大，3个样品的形态特征和孔结构虽然不同，但其吸附过程都可以用微孔多段填充机理来解析。     

几种植物基活性炭材料的表面结构与吸附性能比较-(Ⅱ)表面化学结构与吸附性能研究

用X-射线光电子能谱对3种植物基活性炭材料椰壳活性炭(CAC4)、剑麻茎基活性炭(SSAC)和剑麻基活性碳纤维(SACF)的表面化学结构进行了表征,并研究和对比了它们的吸附性能,包括对碘、苯酚和亚甲基蓝的液相吸附性能,对有机蒸汽的吸附性能以及对Au3+的还原吸附性能等.结果表明,3个样品表面均含有多种含氧官能团,吸附能力SACF＞SSAC＞CAC4.样品的吸附性能主要取决于自身孔结构,与其表面化学结构也有密切的关系.     

几种植物基活性炭材料的表面结构与吸附性能比较——(II)表面化学结构与吸附性能研究

用X-射线光电子能谱对3种植物基活性炭材料:椰壳活性炭 (CAC4)、剑麻茎基活性炭(SSAC)和剑麻基活性碳纤维 (SACF) 的表面化学结构进行了表征,并研究和对比了它们的吸附性能,包括对碘、苯酚和亚甲基蓝的液相吸附性能,对有机蒸汽的吸附性能以及对Au3+的还原吸附性能等。结果表明,3个样品表面均含有多种含氧官能团,吸附能力SACF>SSAC> CAC4。样品的吸附性能主要取决于自身孔结构,与其表面化学结构也有密切的关系。     

孔结构对活性炭吸附水溶液中铅离子的影响

选取三种表面化学性质相近的活性炭(AC),通过等温吸附实验考察活性炭对水溶液中铅离子的吸附性能,利用扫描电子显微镜(SEM)观察活性炭的表面微观形貌,通过低温(77 K)液氮吸附测定活性炭的比表面积和孔容,并分别以密度泛函理论(DFT)和Barrett-Joyner-Halenda (BJH)法计算微孔和中孔的孔径分布.结果表明:选用的三种活性炭AC1、AC2、AC3在比表面积和总孔容上呈依次下降的趋势,但表面开放孔均匀分布的AC2,具有最高的饱和吸附量,孔结构类似颗粒堆积孔的AC3,具有与表面开放孔分布集中的AC1相近的饱和吸附量;通过对孔结构与吸附量的关联分析可知,在活性炭吸附铅离子的过程中, 0.4-0.6 nm的孔是有效吸附孔, 10.5-20.6 nm、20.6-55.6 nm、5.2-10.5 nm三个区间的孔则会对吸附产生阻碍作用.     

活性炭孔隙结构对催化氧化脱除单质汞的影响

研究活性炭在硫化氢存在条件下催化氧化脱除煤气中单质汞的吸附机理和探讨提高其吸附能力的方法,在模拟煤气气氛下对3种活性炭和一种活性焦进行汞的吸附性能实验,并进一步分析活性炭(焦)的孔隙结构。用BET方程处理N₂等温吸附数据,计算比表面积;用HK法进行微孔分析;用BJH法计算中孔孔径分布。结果表明,硫化氢被催化氧化后,生成吸附在活性炭孔壁上的活性硫促进了对汞的吸附;随着活性炭微孔和中孔体积的增大,活性炭对汞的吸附能力得到提高。     

用CO_2吸附法分析分子筛的孔结构

以NaA,NaY和NaZSM-5分子筛为研究对象,以CO2为吸附质,通过吸附数据测定,研究分子筛材料微孔结构的吸附表征方法.计算了NaA、NaY和NaZSM-5分子筛的微孔孔容,其中基于D-A方程的微孔孔容值与文献值一致.根据CO2吸附数据分析了3种分子筛的孔径分布.发现对于含有球形孔结构的NaA,NaY分子筛和NaA+NaY混合物,HK(Horvath-Kawazoe)球形模型(HKsphere)能够很好地描述其孔径分布,而HK柱状模型(HKcylinder)能够很好地表征具有柱状孔道结构的NaZSM-5分子筛.单一的HK方法不能表征同时含有柱状孔和球形孔的NaA+NaZSM-5混合物,使用HKcylinder只能得到混合物材料中柱状孔的分布情况,而使用HKsphere只能得到球形孔的分布情况.     

氩吸附法研究多级孔分子筛的孔结构

采用不同方法分别制备了双介孔分子筛、介微孔分子筛及介孔沸石材料,利用氩吸附法并结合XRD技术表征了多级孔分子筛的孔结构。探讨了适用于多级孔分子筛的孔径分布计算方法,揭示了不同类型吸附等温线与孔径分布、孔型及孔容等之间的关系。研究表明,对于多级孔分子筛、微孔和介孔的孔径分布分别用SF法和BJH法计算较适宜,全孔分析可用NLDFT法计算。通过对TS-1介孔沸石的孔结构分析发现, TPAOH 在改性制备介孔TS-1的过程中起到了生成介孔及促进二次晶化的双重作用。     

浸渍金属盐二次活化制备中孔沥青基球形活性炭的研究

以煤焦油沥青为原料,水蒸气活化法制备具有一定孔隙结构的预活化沥青基球形活性炭:通过在预活化球形活性炭中浸渍Fe(NO3)3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2水蒸气二次活化,制备得到具有不同中孔孔径分布和较高强度的球形活性炭;研究了金属Fe、CO、Ni在二次活化过程中对预活化球形活性炭的孔结构参数和VB12吸附性能的影响,实验结果表明,预活化球形活性炭通过浸渍硝酸盐二次活化能够有效提高中孔孔容和中孔含量,其中浸渍CO(NO3)2二次活化对中孔孔容的增加最为明显,其中孔孔容达0.50cm3/g,占总孔孔容的65%.随着浸溃Co(NO3)2二次活化时间的延长,预活化球形活性炭中孔孔容增加,孔径分布变宽.     

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

超级电容器炭电极材料孔结构对其性能的影响

采用无瓶颈的系列酚醛树脂活性炭为电极材料，用氮吸附和恒流充、放电，以及交流阻抗法，研究孔径和孔表面积等孔结构对其性能的影响.结果表明，活性炭电极材料双电层电容与微孔(孔宽度< 2.0 nm)表面和外孔(孔宽度 >2.0 nm)表面都有关系，但主要取决于微孔表面双电层电容.微孔表面比电容为21.4 μF•cm－2，外孔表面比电容< 10 μF•cm－2.外孔表面比电容较低可能是由于空间电荷层的影响.微孔孔径较大的炭材料具有高比电容和良好的高倍率放电的特性.     

活性炭孔结构对TiO2/AC复合光催化剂光催化活性的影响

以4种表面化学性质相近, 而孔结构差异较大的活性炭(AC)为原料, 采用酸催化水解法合成了系列TiO2/AC复合催化剂, 考查活性炭孔结构对复合光催化剂活性的影响. 以苯酚为模型物, 考察了催化剂的活性;以低温(77 K)液氮吸附测定活性炭的比表面积、孔容和孔径分布;以Boehm滴定及元素分析定量表征活性炭表面化学性质. 以SEM观测复合催化剂表面TiO2的分散性能;以X射线衍射(XRD)、漫反射光谱(DRS)测试光催化剂晶相结构参数及光吸收阈值. 结果表明, 活性炭孔结构性质对TiO2/AC活性影响显著. AC1、AC2、AC3、AC4对TiO2活性提高的协同系数分别为1.55、2.03、1.28、1.43. 协同系数大小与接触界面面积变化值(⊿S)趋势相似. 具有发达的微孔及适量中孔结构的TiO2/AC复合光催化剂的催化活性最高.     

巨正则系综Monte Carlo模拟方法确定活性炭的微孔尺寸

根据299K下甲烷在活性炭中的吸附实验数据,通过调节狭缝微孔的孔宽参数,利用巨正则系综MonteCarlo(GCEMC)方法得到不同孔宽下流体的微观结构以及吸附等温线.比较并拟合模拟结果和实验数据,确定了活性炭微孔的平均孔宽,为下一步求解微孔尺寸分布以及为预测吸附剂在不同温度下吸附不同吸附质分子时的吸附性能提供了基础与指导.模拟中,甲烷分子采用单点Lennard-Jones球型分子模型,活性炭用狭缝孔来近似表征,流体分子与单个狭缝墙的相互作用采用著名的Steele的10－4-3势能模型.模拟表明,此方法为考察介孔材料的微孔分布以及微孔平均孔宽提供了新的思路.     

苯在酸碱处理多级孔Y分子筛上的吸附及传质行为

利用H_4EDTA-NaOH共处理的方法制备了具有不同孔径分布的多级微-介孔NaY分子筛。运用XRD、N_2吸附、SEM、TEM对其结构进行了表征。采用频率响应(FR)和智能重量分析仪(IGA)技术研究了苯在改性后的多级孔NaY分子筛及微孔NaY分子筛上的吸附和传质性能。结果表明,适当的酸碱处理不会改变分子筛的晶体结构,但可调变NaY分子筛的精细结构;介孔的引入降低了分子在孔道中的扩散阻力,较大的孔径和较好的孔道贯通性有利于扩散和吸附中心的可接近性;对于微孔NaY分子筛,苯在分子筛上的吸附过程为其传质过程的速控步骤,对于酸碱处理的多级孔NaY分子筛,分子筛颗粒中微/介孔内的扩散过程及分子筛微-介孔孔道间的分子交换过程是传质过程的速控步骤。     

炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以烟杆为原料, 氢氧化钾为活化剂, 通过调节炭化温度(500～800 ℃温度范围)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料. N₂吸附测试表明随着炭化温度降低, 活性炭的比表面积和总孔容先增大后减小, 中孔比表面积和平均孔径却一直增大. 其中600 ℃炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3333 m²•g^－1, 总孔容为2.47 cm³• g^－1, 中孔孔容达2.11 cm³•g^－1的高中孔率高比表面积活性炭材料. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: 炭化温度不同的烟杆基活性炭电极均表现出良好的功率特性, 充放电流增大50倍, 容量保持率均在80%左右, 其中TS-AC-600活性炭电极在有机电解液中1 mA•cm^－2充放电时, 比电容达到190 F•g^－1. 较高的中孔率和较大的平均孔径使得烟杆基活性炭电极具有良好的高倍率充放电性能.     

纤维催化剂的孔结构特征Ⅱ．碳纤维载体的孔结构研究

测量了不同氧化深度的三类碳纤维(丙烯腈长丝、丙烯腈碳毡和粘胶碳毡)的低温氮吸附等温线。Pickett修正三参数BET方程能很好地关联这些等温线,三类碳纤维具有不同的n值。应用V—n作图法获得了它们的主要孔结构参数,利用Mp—Wp和D-R—Wp的组合方法获得了它们的孔分布数据。结果指出,总表面积、总孔体积、微孔表面积和微孔体积的大小与碳化温度和碳化原料有关,并且随氧化深度而增加;但非微孔表面积基本保持恒定,约为4—12m~2/g。微孔分布的最可几孔半径随氧化深度增加而减小,各类样品的非微孔分布几乎落在同一条孔分布曲线上。     

多孔活性炭孔径分布的表征

总结了利用气体吸附法表征多孔活性炭中孔和微孔孔径分布的各种方法。BJH方法和MP模型忽略了微孔内势能叠加效应,仅适合描述中孔孔径分布;HK模型和以Dubinin填充理论为基础的各种方法,考虑了微观下势能叠加的效果,在一定程度上能很好地描述微孔孔径分布;最近围绕GAI(GeneralizedAdsorptionIsotherm)而展开的利用密度范函理论(DFT,densityfunctiontheory)和巨正则系综蒙特卡罗(GCMC,grandcanonicalensemblemontecarlo)模拟确定微孔孔径分布的方法较好地克服了Dubinin理论中存在的缺点,是较好的两种方法,但其有效性还需要更多的实验结果来证明。     

CO_2吸附法表征材料孔结构的研究进展

对于多孔材料孔结构的表征,N_2吸附(77K)是最常用的方法。但随着多孔材料种类的日益丰富,CO_2吸附表征引起人们越来越广泛地关注。CO_2作为N_2吸附的有效补充,被用于各种传统和新型多孔材料的表征,特别是极微孔结构的探测。概述了CO_2吸附法表征多孔材料孔结构的现状,总结了CO_2吸附等温线的类型及测试条件,阐述了用CO_2吸附数据分析材料的比表面积、孔容和孔径分布时常见的各种问题。     

介孔吸附剂表面分形分析

用自溶液中吸附的方法测定了介孔硅胶和活性炭的分形维数D.结果表明:(1)硅胶自四氯化碳或环已烷中吸附脂肪醇、酮、酯和含氧芳香化合物,活性炭自水中吸附芳香化合物的等温线均服从Langmuir方程.用极限吸附量n_m^s和表观分子面积σ_a,根据方程log n_m^s=-(D)/(2)log σ_a+常数,可计算出分维D. n_m^s和σ_a是根据Langmuir方程和吸附剂比表面数据求出的.(2)用液相吸附法求出的介孔硅胶的分维值与由气体吸附法求出的值相同,并均近于2.当表面曲率半径大于吸附分子大小时,吸附剂表面可是低分维的.(3)由液相吸附法得到的介孔活性炭的分维也近似为2.可能的解释是,活化作用改变了原始炭的微孔结构,使其成为介孔和大孔.介孔活性炭也可是低分维表面.     

KOH活化废弃麻制备活性炭及其结构表征

以日常生活中废弃麻纺品为原料, KOH为活化剂, 采用炭化和活化两步法制备麻质活性炭(LAC). 采用比表面积测定仪在77 K下测定其N2吸附-脱附等温线, 通过Langmuir方程、BET方程和BJH法计算其比表面积、孔体积和孔径分布. 结果表明, 麻质活性炭的BET比表面积为1387.473 m2/g, Langmuir比表面积为1790.573 m2/g, 吸附累积总孔容达0.415 cm3/g; 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪以及红外光谱仪对麻质活性炭的结构进行了表征, 分析其表面形貌、微观结构及表面化学官能团.     

苯乙烯／二乙烯苯大孔共聚物孔结构稳定性的研究

本文以甲苯和液腊为混合致孔剂,制备了苯乙烯和工业二乙烯笨(DVB)及其异构体间位二乙烯苯(m-DVB)和对位二乙烯苯(P-DVB)为交联剂的共聚物小球,测定了共聚物在不同溶剂中的溶胀性能以及溶胀前后,其比表面积(S),孔容(V),平均孔径和孔分布等物理性能、找出了它们彼此间的变化规律,初步探讨了溶剂对共聚物孔结构稳定性的影响。这对获得正确的孔结构参数及吸附性能是十分重要的。