基于黄药子药渣制备微孔碳材料及其吸附氯霉素的研究

本文通过NaCl/KCl活化黄药子残渣制备微孔碳材料(DBL-800-AC)用于氯霉素的吸附研究。采用粉末X射线衍射仪(PXRD)、拉曼光谱仪(Raman)、比表面积及孔径分析仪(BET)等仪器表征碳材料稳定性、化学组成、石墨化程度和孔隙结构。探讨NaCl/KCl活化物、溶液pH、温度、氯霉素初始浓度和离子强度对氯霉素吸附性能的影响。采用NaCl/KCl活化剂进行活化后,DBL-800-AC的比表面积达到1634 m²/g,总的孔体积为0.85 m²/g,表明DBL-800-AC微孔碳具有丰富的孔隙结构。当pH值为5时,温度35℃时,DBL-800-AC吸附氯霉素的吸附量约900 mg/g。吸附过程中动力学模型符合二级动力学模型,等温模型可用Freundlich吸附等温模型描述。中药药渣制备的微孔碳材料是有效的去除水中氯霉素的吸附剂。     

酚醛树脂基球形微-介双阶多孔炭的软模板法制备

将苯酚和甲醛在碱性条件下聚合,然后在酸性条件下与软模板剂F127自组装形成中间相,经高温煅烧合成球形微-介双阶多孔炭。 通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附和热重分析技术对样品进行了形貌观察和性能测试。 结果表明,pH值、软模板剂用量和活化温度对样品形貌有调控作用。 当软模板剂F127的质量分数为20%、pH值为0.5和活化温度为700 ℃时,可制备出直径为100～200 nm的球形炭,球形粒子分散均匀,排列规整,呈明显蠕虫状排列的孔隙结构,比表面积为503 m2/g,孔容积0.416 cm3/g,介孔孔径集中分布在2.9 nm,微孔主要分布在1.3 nm。 随着活化温度升高,炭球的比表面积和孔容积增大,平均孔径减小。 F127的热解形成介孔结构,碳前驱体高温下的径向收缩形成微孔结构。     

常温合成硫掺杂微孔碳及其二氧化碳的吸附性能

常温下以间苯三酚和3-甲醛苯并噻吩作为原料,一步法合成了含硫酚醛树脂。在氩气保护下碳化,成功制备出了硫掺杂多孔碳(S-PC)。并利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附仪对材料进行了形貌、结构和性能的表征。实验结果表明,所得样品具有较高比表面积和大量的微孔,经过调控,可以使制备的硫掺杂多孔碳的BET比表面积达到997 m2·g~(-1),并使其微孔孔体积达到0.44 cm3·g~(-1)。得益于较高的比表面积以及其富含微孔的特性,当材料应用于二氧化碳吸附时,具有较高的CO2吸附量,在273和298 K时分别高达5.13,3.22 mmol·g~(-1),并具有良好的选择性。     

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.     

板栗壳活性炭对重金属离子吸附性能研究

研究了不同制备条件下,板栗壳活性炭对重金属离子Cu2+和Cd2+的静态吸附性能。以板栗壳为原料,采用ZnCl2活化法制备活性炭,使用X-射线衍射、扫描电镜、氮气吸附等方法对活性炭进行表征;比较了活性炭内部结构对Cu2+和Cd2+的吸附性能影响;同时考察了吸附温度、溶液pH值等对Cd2+和Cu2+的吸附性能的影响。研究结果表明:板栗壳制备活性炭最佳条件为ZnCl2活化浓度30wt%,料液比1:6,炭化温度600℃,炭化时间3h;同时发现板栗壳活性炭是一种具有较多孔隙的无定型炭材料,所制备的活性炭平均孔径为2~6nm,孔容为0.04~0.14cm3/g,比表面积可以达到1500m2/g以上;板栗壳活性炭对重金属离子的吸附性能主要由本身的比表面积和孔容大小决定,且同时受吸附温度和溶液pH值的影响,上述条件制备的活性炭吸附Cu2+的最佳条件为温度25℃,溶液pH值为6.5;吸附Cd2+的最佳条件为温度25℃,溶液pH值为7.5。     

KOH活化木屑生物炭制备活性炭及其表征

以木屑热裂解的生物质炭为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制备活性炭,探讨了碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭吸附亚甲基蓝吸附值的影响。 利用N2吸附实验、XRD和FTIR等实验技术,对原料与制备活性炭的结构与性能进行了表征。 结果表明,在碱炭质量比为1.5、活化温度750 ℃、活化时间2 h的条件下,所制备的活性炭对亚甲基蓝吸附值为255 mg/g,BET总比表面积为1514 m2/g,中孔比表面积为110 m2/g,吸附总孔容为0.821 cm3/g,中孔孔容为0.117 cm3/g,吸附平均孔径为2.170 nm。     

碱活化多孔碳用于分离甲苯及活化/吸附机理

采用生物质木质素磺酸钠(SLS)为碳源, 先与硬模板NaCl混合预碳化, 再加入活化剂NaOH在氮气保护下升温至850 ℃碳化, 得到SLS基碱活化的多孔碳吸附剂(SPCN). 将SPCN用于吸附液体石蜡中芳香烃甲苯, 对比研究了不同活化剂加入量对SPCN结构、 性质及吸附效果的影响. 结果表明, SPCN表面具有丰富的官能团和发达的微/介孔结构, 活化剂加入量对比表面积的影响为先增大后减小, 碱/碳质量比为1∶1时比表面积达到最大值(710.4 m ²/g); 吸附量与比表面积呈正相关, 样品SPCN-1的最大吸附量为2875.17 mg/g, 远高于商业吸附剂, 经5次吸附-解吸循环后仍保持92.5%的吸附效率. 探究了活化机理, NaOH、 碳质和气体发生氧化还原反应释放气体留下孔隙, 经充分酸洗、 水洗后得到永久孔道. 最后, 结合扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 拉曼光谱(Raman)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和比表面积分析等结果证明了吸附机理主要是孔隙填充效应、 范德华力、 π-π相互作用及电子供/受体作用的共同作用. 首次报道了SPCN应用的新方向并探究了活化与吸附机理, 制备方法简易、 经济, 产品循环稳定性好、 无污染, 有望用于工业化生产.     

汉麻杆基活性炭表面织构与储氢性能的研究

以天然汉麻杆为原料,采用KOH化学活化的方法改变活化时间制备出了高比表面积活性炭,并且对其表面进行硝酸氧化处理,研究活性炭表面化学状态对其吸附性能的影响。采用77 K低温氮气吸附和FTIR对样品进行了表征,并在77 K、100 kPa的条件下测定样品的氢气吸附等温线。结果表明,所有样品具有较高的比表面积(2 435.93～3 240.95 m²·g^-1)和总孔容(1.3～1.98 cm³·g^-1),且随活化时间的延长而增加,3.5 h达到最大值,之后由于骨架坍塌有所减小。所有样品的孔径分布较为一致呈多峰型分布,主要以小于2 nm的微孔为主,同时含有少量的中孔和大孔。活化3.5 h样品的吸氢量最大,达到3.28wt%。研究发现,吸氢量受比表面积和孔容等参数影响较大,77 K下不仅小于2 nm的微孔对活性炭吸氢行为贡献较大,中孔也有十分重要的影响。样品经硝酸氧化处理后,BET比表面积和总孔容均在一定程度上减小,而氢气吸附量也有所降低。     

双电层电容器用新型无灰煤(HyperCoal)基活性炭的制备

以无灰煤(HyperCoal)为原料,KOH和CaCO3为活化剂制备了煤基活性炭,采用低温N2吸附法表征了活性炭的比表面积和孔结构,测定了活性炭用作双电层电容器(EDLC)电极材料的电化学性能。考察了炭化温度、活化温度、活化时间和活化剂对活性炭电容特性的影响。研究结果表明,比表面积和比电容随着炭化温度的升高而降低,活化温度过高或活化时间太长对比电容有不利影响。此外,CaCO3影响活化过程中孔的开发,显著降低所制备活性炭的比表面积和比电容。在炭化温度为500℃、活化温度为800℃、KOH与焦的质量比为4∶1和活化时间2 h下所得活性炭的比表面积和总孔容分别达到2 540 m2/g和1.65 cm3/g,该活性炭电极在0.5 mol/L TEABF4/PC电解液中的比电容达到最大值46.0 F/g。     

蒸汽活化生物质焦吸附模拟烟气中SO2和NO的研究

以麦秆和稻壳生物质为研究对象,在不同的热解温度、热解速率以及蒸汽活化温度条件下制备了生物质焦,采用比表面积与孔隙度分析仪测定生物质焦的比表面积和孔隙结构参数。利用固定床吸附装置,研究了热解温度、热解速率、活化温度和模拟烟气中SO₂和NO浓度等因素对生物质焦吸附SO₂和NO性能的影响。结果表明,蒸汽活化可以显著提高生物质焦的BET比表面积、D-R比表面积、D-R微孔容积和总孔容,降低其平均孔径,并显著增加蒸汽活化生物质焦对SO₂与NO吸附的起始穿透时间和吸附量。快速热解下制得的蒸汽活化焦对SO₂和NO的吸附效果优于慢速热解,热解温度为873 K的蒸汽活化焦的吸附性能明显好于热解温度为673与1 073 K的蒸汽活化焦。在973~1 173 K下,随着蒸汽活化温度的提高,蒸汽活化生物质焦对SO₂和NO的吸附量呈现先上升后下降的趋势。随着模拟烟气中SO₂与NO浓度的降低,蒸汽活化生物质焦对SO₂与NO吸附的起始穿透时间延长,但相应的SO₂和NO吸附量下降。在873 K、快速热解和1 073 K条件下制得的蒸汽活化麦秆焦对SO₂和NO吸附量最大,其值分别为109.02和21.77 mg/g。     

以陶瓷纤维为基材的硅胶吸附材料的制备与性能

以陶瓷纤维纸为基材，经水玻璃浸泡，絮凝剂沉积，盐酸调节pH值得到陶瓷纤维基硅胶吸附材料：探讨水玻璃浓度、絮凝剂浓度，盐酸浓度等条件对硅胶吸附剂吸附性能的影响：采用扫描电镜(SEM)，多孔介质孔隙分析仪揭示吸附材料的表面形貌、比表面积及孔径大小。实验结果显示：当水玻璃浓度为26．67wt%，絮凝剂浓度为15wt％，盐酸浓度为0．5mol／L时，吸附剂具有较好的吸附性能：硅胶能较好分散在纤维表面及其空隙中，BET比表面积为347．4m^2／g，总孔容为0．20295cm^2／g，其中，微孔所占比例为50．54％，平均孔径为，微孔0．4939nm，中孔3．907nm。     

KOH活化的炭干凝胶及其储氢性能(英文)

以苯二酚与甲醛为前驱体,赖氨酸作为催化剂,快速合成了有机溶胶。有机溶胶经碳化以及KOH进一步活化,获得了具有较高微孔率和较大比表面积的炭干凝胶。研究了多孔炭干凝胶的储氢性能,比较了不同活化程度的炭干凝胶的最大储氢容量与比表面积、微孔体积以及微孔孔径分布的关系。结果表明,KOH适度活化的炭干凝胶(ACX-5)具有较高的比表面积(2 204 m2.g-1)和较大的总孔容积(1.09 cm3.g-1),在77 K和1.1 MPa氢压下时其储氢量可达4.3wt%。     

KOH活化瓜子壳活性碳的制备及吸附性能研究

瓜子壳是常用的生物质碳材料,其碳材料具有来源广泛,成本低,高比表面积,吸附性能好等优点。本文以瓜子壳为原料,采用不同质量比KOH作为活化剂,在800℃高温下活化制备生物质碳材料。通过XRD,SEM,BET表征碳材料;通过测试其对亚甲基蓝的吸附比较KOH的量以及煅烧温度对吸附性能的影响。结果表明：煅烧温度为2 h的碳材料的比表面积及吸附性能要优于同等条件下煅烧温度为10 h的碳材料;相同煅烧温度下,KOH浓度也会对吸附性能产生影响。因此,当煅烧温度为2 h, KOH质量分数为20%条件下得到的碳材料具有更高的比表面积和对亚甲基蓝更好的吸附效果——15 min内吸附率达到99%。动力学数据计算表明,准二级动力学模型能够更好的描述碳材料对亚甲基蓝的吸附过程。     

常温合成硫掺杂微孔碳及其二氧化碳的吸附性能

常温下以间苯三酚和3-甲醛苯并噻吩作为原料,一步法合成了含硫酚醛树脂。在氩气保护下碳化,成功制备出了硫掺杂多孔碳（S-PC）。并利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和氮气吸附-脱附仪对材料进行了形貌、结构和性能的表征。实验结果表明,所得样品具有较高比表面积和大量的微孔,经过调控,可以使制备的硫掺杂多孔碳的BET比表面积达到997 m²·g^-1,并使其微孔孔体积达到0.44 cm³·g^-1。得益于较高的比表面积以及其富含微孔的特性,当材料应用于二氧化碳吸附时,具有较高的CO₂吸附量,在273和298 K时分别高达5.13,3.22 mmol·g^-1,并具有良好的选择性。     

无烟煤焦气化过程中孔结构的变化及对气化反应性影响的研究

在常压、1000℃下,测定了两种不同煤化程度的无烟煤焦和一种脱灰无烟煤焦的水蒸气和CO2的气化反应性。并以N2和CO2为吸附质,测定了原煤焦的孔结构特征;以CO2为吸附质,测定了无烟煤焦在气化过程中微孔结构的变化。考察了矿物质对无烟煤焦孔结构变化的影响。结果表明,水蒸气和CO2对无烟煤焦的气化反应都有微孔的产生和扩展作用。无烟煤焦水蒸气气化反应性与煤焦的微孔比表面积成正比,但无烟煤焦CO2气化反应性与煤焦的微孔比表面积没有依存关系。煤中矿物质对无烟煤焦气化过程中孔结构的变化不产生影响。     

多孔碳材料的制备

多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。     

碳化硅衍生碳/球形天然石墨复合材料的制备及其结构调控

为满足储能领域对于材料兼具高能量密度和高功率密度的需求, 本文旨在将具有特殊孔隙结构的碳化物衍生碳与具有高导电性和高能量存储密度的石墨化碳(球形天然石墨)相复合, 制备得到一种多孔碳化硅衍生碳/球形天然石墨(SiC-CDCs@NG)复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、N₂吸/脱附等方法对材料的组成、结构、形貌、孔结构和比表面积等进行了表征. 结果表明,SiC-CDCs@NG材料具有较大的且可调节的比表面积和微孔体积, 微孔孔径集中在0.5-0.7 nm范围内; 通过改变NG/Si 摩尔比, 可以有效调控CDCs壳和NG核在复合材料中的组成分布、CDCs微孔的体积、孔径分布和比表面积.     

大比表面积炭质吸附剂的表面及孔隙发展

以石油焦为原料研究了采用KOH活化法制备大比表面积炭质吸附剂时表面及孔隙的发展。实验发现虽然KOH加入量 ,水乙醇溶液中乙醇含量和提高热处理终温以及延长热处理时间都使比表面积增大 ,但是水乙醇加入总量的增加则导致比表面积下降。KOH加入量以 60～ 75%为宜 ,此时其利用率在 40 0m2 g以上。孔隙分布研究表明水乙醇加入总量 ,乙醇含量和热处理温度的提高都使 1～ 2nm微孔孔容及其在 1～ 2 0nm微孔孔容中所占比率增加。实验发现大比表面积炭质吸附剂的比表面积与碘值之间存在一定相关性。由于碘值不存在N2 吸附BET比表面积的过高估计现象 ,因而这给用碘值来更合理评价大比表面积炭质吸附剂的相对吸附能力提供了可能。     

氨基功能化SBA-16对CO_2的动态吸附特性

采用浸渍法将四乙烯五胺(TEPA)负载到介孔分子筛SBA-16的孔道内,形成功能化的介孔材料用于CO2的吸附.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、氮气物理吸附-脱附和热重分析(TGA)等方法对样品进行了表征.通过动态吸附对不同TEPA浸渍量的SBA-16的CO2吸附性能和再生性能进行研究.结果表明:修饰后的SBA-16仍然保持有序的孔道结构,但样品的孔道有序度降低,比表面积、孔容、平均孔径都减小.样品对CO2的饱和吸附容量和穿透吸附容量随着TEPA浸渍量的增加而增加.60℃时,30%TEPA浸渍量的样品的穿透吸附容量和饱和吸附容量达到最大,分别为0.625和0.973mmol·g-1.在60-80℃,样品的动态吸附性能稳定.经过20次吸附-脱附循环后,样品的饱和吸附容量仅降低了6.45%.采用失活模型对CO2的吸附穿透曲线进行模拟,该模型能够很好地模拟样品对CO2的吸附过程.     

含氮碳微米管电极材料的制备及在电容器中的应用

以天然生物质芦花为原料,采用直接碳化和化学活化碳化2种方法在不同碳化温度下制备了一系列含氮碳微米管材料.对优选的化学活化的JJCZH-750(即碳化温度750℃并经HCl除杂的样品)含氮碳微米管进行了X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析、X射线光电子能谱、N_2吸附-脱附及电化学性能表征.测试结果显示,样品的碳含量为94.36%(质量分数),氮含量为1.24%(质量分数),并且显示出部分石墨化的趋势;样品具有很高的热稳定性(400℃前失重5%);样品的管壁具有以微孔为主(峰值在1.2 nm)并伴有介孔的特征;JJCZH-750的比电容值达170 F/g,经过5000周循环伏安法测试后,比电容值仍保持在153 F/g.