碱/尿素溶解体系制备氮掺杂活性炭及其电化学性能研究

以杉木屑为原料,三聚氰胺固体废弃物(OAT)为氮源,基于碱/尿素体系溶解纤维素,通过一步热解制备氮掺杂活性炭,并考察活化温度和OAT加入量对活性炭的吸附性能和电化学性能的影响。通过X射线光电子能谱(XPS)和比表面积分析仪分析材料的表面结构和孔结构;采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和交流阻抗(EIS)等测试手段表征其电化学性能。研究结果表明:随着OAT质量分数的增加,活性炭样品得率和吸附性能先增加后减小;OAT的添加有利于提高氮掺杂活性炭的得率、氮含量、吸附性能和电化学性能;炭材料的比表面积及其孔隙结构促进活性炭样品电化学性能的提升。当活化温度900℃,OAT质量分数为15%下,制备的氮掺杂活性炭的得率为34.2%,碘吸附值为1 116 mg/g,亚甲基蓝吸附值为165 mg/g,比表面积为1 324 m²/g,含氮量3.5%。在6 mol/L KOH电解液中,当电流密度1 A/g时,比电容可达193 F/g。     

磷酸活化法制备棉秆活性炭的研究

通过研究活化工艺条件对棉秆活性炭吸附性能的影响，探讨了磷酸活化棉秆原料制备活性炭的可行性。结果表明：磷酸活化棉秆原料能制备出糖液脱色用活性炭的优级品，其碘吸附值、亚甲基蓝以及焦糖脱色力分别达N920mg／g、200mL/g和130％。其最佳活化工艺务件为：磷酸浓度50％，浸渍比2．5：1，浸溃时间60min，活化温度500％，活化时间60min。其中浸渍比对棉秆活性炭的脱色能力影响最大。     

KOH共热法和水热活化法制备多孔竹活性炭的比较

我国竹材资源丰富,以竹废料为原料,制备可用于超级电容器电极材料的竹活性炭,有助于推动竹产业发展,助力国家“双碳”目标实现。在本研究中,分别采用KOH共热和水热处理对竹粉进行活化,并对制备的竹活性炭进行电化学性能、比表面积、表面微观形貌等测试。实验结果表明,KOH共热活化法的最佳条件为炭化温度350℃,活化温度900℃,升温速率2℃/min,碱炭质量比4∶1;制备的活性炭比表面积为3 299 m²/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为287.8 F/g, 5 000次充放电测试后,电容保持率为95%～105%。水热活化法的最佳条件为KOH质量分数20%,反应温度150℃,反应时间12 h,制备的活性炭比表面积为192.91 m²/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为170.4 F/g,电容保持率为88.89%。2种方法制备的活性炭孔径结构都是以微孔为主,中孔混合分布,含有少量大孔;2种活性炭均含有双层或多层石墨烯结构,但水热活化法制备的活性炭石墨化程度更高,制备条件更温和。研究结果既可为超级电容器用活性炭的研究提供了理论思路,也有效地扩...     

碱法制浆黑液制活性炭的试验研究

讨论了硫酸盐法纸厂废液通过炭化回收碱的同时,综合利用炭素生产高吸附活性炭。试制出的粉状活性炭亚甲兰脱色力平均为23ml,碘吸附大于1000mg·g-1,碱回收效率达86%。可望解决硫酸盐法纸厂的废水污染,取得社会效益的同时,亦有一定的经济效益。     

磷酸活化法制备稻壳活性炭的研究

研究了磷酸活化法制备稻壳活性炭的工艺条件,探讨了浸渍比、活化剂浓度、活化时间和活化温度对活化效果的影响.结果表明最佳工艺条件为:料液比为1:2.5,活化剂浓度为60%,活化时间为90 min,活化温度为550℃;产品各项吸附指标均符合国家标准要求.     

水蒸气活化法制备松籽壳活性炭工艺

研究了水蒸气法活化制备松籽壳活性炭的工艺条件,探讨了炭化温度、活化温度、活化时间和水蒸气用量对活化效果的影响。结果表明最佳工艺条件为:炭化温度500℃、活化温度950℃、活化时间120 min和水蒸气用量为炭化料的1.8倍,制备的活性炭碘值1144 mg/g,亚甲基蓝吸附值171 mL/g,产品得率15.6%。这些指标与木质活性炭相当,且投资少,能耗低,具有良好的社会效益与经济效益。     

低温磷酸活化棉秆制备活性炭的研究

以棉秆为原料,活化温度在300～450 ℃之间,研究了低温磷酸活化制备活性炭的可行性,并测定了活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率等吸附性能指标;根据氮气吸附等温线分析了活性炭的孔隙结构特征;采用Boehm 滴定方法分析了活性炭的各类表面官能团.结果表明:在磷酸的低温活化过程中,活化温度的升高显著促进了活性炭的比表面积及其对亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率等的吸附能力.在 350 ℃下的低温磷酸活化棉秆能够制备出比表面积达 1 244 m2/g,表面官能团含量高达 10.4 mmol/g,亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率分别达到 190 mL/g 和 100 % 的孔隙结构发达和极性较强的活性炭.     

基于碱/尿素溶解体系的自黏结颗粒活性炭的制备

基于碱/尿素体系的纤维素大分子溶解机理,以杉木屑为原料制备自黏结颗粒活性炭;讨论了不同活化温度、碱/尿素比例和有无冷冻条件对颗粒活性炭耐磨强度和吸附性能的影响。结果表明:随着活化温度升高,活性炭的耐磨强度和吸附性能逐渐提高;在碱和尿素的共同作用下,冷冻有利于促进活性炭孔隙结构发达,吸附性能提高。在活化温度900℃、碱/尿素质量比14∶36且冷冻12 h的最佳条件下,颗粒活性炭的耐磨强度、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积、总孔容积和平均孔径分别为99.12%、1 204 mg/g、232 mg/g、1 365 m²/g、0.86cm³/g和2.46nm。     

氯化锌法低温活化制备桑枝活性炭的研究

世界活性炭需求量的增加,使原料变得紧张。开发和节约资源,是解决原料紧张的重要措施。用桑枝为原料,ZnCl2为活化剂,在充氮条件下,采用低温450℃活化,使活性炭得率为50％（原料以含水率20％桑木屑计）,同目前用的高温活化比较,生产1t活性炭就节约1t桑木屑。且制备出的药用活性炭亚甲基兰脱色高达285mg·g^-1,糖用活性炭A法焦糖脱色100％。     

磷酸活化法制备纤维素基颗粒活性炭

以微晶纤维素为原料,在不添加黏结剂的条件下,采用磷酸活化法制备纤维素基颗粒活性炭。分析了捏合过程和炭活化工艺对活性炭耐磨强度、吸附性能和孔隙结构的影响。研究结果表明,炭活化温度的升高及保温时间的延长有利于颗粒活性炭强度的提高;随着浸渍比值的升高,颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积、总孔容积、微孔容积和中孔容积均呈不断上升的趋势;浸渍比值较小,较细微孔结构发达,浸渍比值较大,较大微孔结构发达。在较佳的工艺条件下:捏合温度150℃,浸渍比值1.25,捏合时间55 min,炭活化温度450℃和保温时间1.0 h,制得颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、强度、比表面积、总孔容积、微孔容积、中孔容积和平均孔径分别为896.6 mg/g、131.3 mg/g、94.69%、1 377.3 m2/g、1.083 cm3/g、0.514 cm3/g、0.569 cm3/g和3.14 nm。     

磷酸活化油茶壳制备高比表面积活性炭

以油茶壳为原料,磷酸为活化剂制备活性炭。以碘吸附值及产率为指标,探究加热温度、加热时间、浸渍比、浸渍时间、升温速率对油茶壳活性炭吸附性能的影响,并采用正交法优化活性炭制备条件,采用比表面积孔隙分析、FT-IR、XRD、SEM进行表征。结果表明:油茶壳活性炭较佳的制备工艺为加热温度400℃、加热时间140 min、浸渍比3∶1、浸渍时间6 h,此条件下制得的活性炭碘吸附值为1694 mg/g,比表面积1872 m^(2)/g,平均孔径1.36 nm,总孔容积为1.269 cm^(3)/g,微孔孔容占总孔容的56.26%,表面具有丰富的孔结构。     

热解活化法制备微孔发达椰壳活性炭及其吸附性能研究

以椰壳为原料,采用热解活化法制备微孔发达活性炭。研究了活化温度、活化时间对活性炭孔结构和吸附性能的影响。实验结果表明:活化温度为900℃,活化时间为4 h,可制得比表面积为994.42 m2/g的微孔发达活性炭,其碘吸附值为1 295 mg/g,亚甲基蓝吸附值为135 mg/g。N2吸附结果表明活性炭的平均孔径在2 nm左右,总孔容积为0.503 9 cm3/g,其中微孔容积为0.430 3 cm3/g,微孔率达85.39%。对该活性炭进行CO2动态吸附实验,CO2饱和吸附容量为56.61 mg/g,在热解活化法制备椰壳过程中,随着活化温度的升高和活化时间的延长,活性炭的得率有不同程度的降低。     

利用低温竹炭制备竹活性炭初步研究

选用低温竹炭为原料、氢氧化钾为活化剂,制备不同炭碱比和不同活化时间的竹活性炭。运用傅立叶红外光谱议(FTIR)、比表面积测定仪(BET)等仪器对竹活性炭表面官能团、比表面积和孔径结构及比电容进行了测试和分析。结果表明,炭碱比1:4、活化温度700℃、活化时间3h条件下制备的竹活性炭,比表面积为2897.7m2/g,总孔容为1.340cm3/g,平均孔径为2.59nm,亚甲基蓝吸附值为27.7ml/0.1g,碘吸附值为1920mg/g,作为超级电容器(EDLC)的电极,其比电容为114.4F/g。     

KOH活化制备高比表面积竹活性炭研究

研究了KOH浸渍量、活化温度、活化时间等因素对活性炭收率、微孔结构和吸附性能的影响，结果表明：当碱，竹比为0．7，炭化温度为500℃，炭化时间为1h，活化温度为800℃，活化时间为20min时，所制得的活性炭的微孔比表面积达2492m^2／g、碘吸附值2382mg／g、亚甲基蓝吸附值558mg／g。     

油茶果壳活性炭的制备及其吸附性能

以废弃的油茶果壳为原料,通过炭化及Na OH活化等工艺可以制备出具有高比表面积和优异吸附性能的油茶果壳活性炭。然而较高的炭化温度不仅造成能源的浪费,而且可能导致油茶果壳活性炭结构及吸附性能的大大减弱;因此,优化油茶果壳活性炭制备工艺,对提高其吸附性能及废弃油茶果壳的增值化利用非常重要。采用单因素实验法探究了炭化温度和Na OH用量等制备条件对油茶果壳活性炭得率、结构及吸附性能的影响,结合扫描电镜(SEM)分析和X射线衍射(XRD)分析对油茶果壳活性炭的结构和微观形貌进行了评价。研究结果表明,随着炭化温度的升高,炭化物得率不断降低,活性炭吸附性能先略微升高后逐渐下降;随着Na OH用量的增加,活性炭得率不断降低,其吸附性能先上升后略有下降。在较佳的工艺条件(炭化温度290℃、碱炭质量比3∶1)下制备的油茶果壳活性炭的比表面积为2 329.1 m2/g,亚甲基蓝吸附量和脱除率分别为1 573.6 mg/g和98.3%。SEM结果表明,所制备的活性炭具有良好的多孔结构,在孔壁上广泛分布有微小的孔道; XRD结果表明,油茶果壳活性炭具有较低的石墨化程度。本研究采用较低的炭化温度和较低的Na OH用量制备出了性能优异的油茶果壳活性炭,对油茶果壳的高值化利用具有重要意义。     

竹材微正压热解自活化制备高吸附性能活性炭的机制研究

以竹材加工剩余物为原料,在不添加活化剂的条件下,开展了微正压热解自活化制备活性炭的研究,通过热重-质谱分析、热解炭化和热解自活化对比,以及热解自活化尾气监测,探究热解过程中活性炭孔隙结构的形成机制。研究结果发现:热解过程产生的水蒸气和二氧化碳可以与固相炭发生气化成孔反应,制得高吸附性能的竹材活性炭;热解气体、均匀活化、气-炭可逆反应平衡状态、活化剂的扩散速率及气-炭反应速率是竹材活性炭孔隙结构和吸附性能的主要影响机制;控制热解自活化压力为0.12 MPa,在900℃(升温速率15℃/min)热解6 h,制得活性炭得率为15.22%,BET比表面积(S_(BET))1 108 m~2/g,微孔容积(V_(mic))为0.407 cm~3/g,介孔容积(V_(mes))为0.085 cm~3/g,碘和亚甲基蓝的吸附值分别为1 438和300 mg/g,同时副产高H_2、CO含量和高CO/CO_2比例的费托合成原料气。     

炭化温度对竹基活性炭孔结构及电化学性能的影响

以毛竹为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的竹基活性炭材料,通过SEM、XRD、BET、直流充放电、交流阻抗和循环伏安等结构与电化学性能分析方法,考察了炭化温度对竹基活性炭材料结构和性能的影响。研究结果表明:随着炭化温度升高,活性炭材料的比表面积与总孔容、中孔孔容均不断减小,微孔比表面积和微孔孔容先增大后减小。其中炭化温度为500℃的样品BAC500比表面积为3447m~2/g,总孔容为1.96cm~3/g,在有机电解液中以1mA/cm~2的电流密度充放电时,比电容高达178.8 F/g,电流密度增大50倍容量保持率为74.6%,显示出良好的功率特性。活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率。     

/BAC的制备及其性能研究

采用竹活性炭(BAC)作为载体,以尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法掺杂了N元素的TiO2/BAC,然后通过等体积浸渍法负载Pt,制备了铂、氮共掺杂型光催化剂(Pt/N/TiO2/BAC)。样品的N2吸附、XRD、FT-IR、XPS等分析结果表明:掺杂后BAC的比表面积、比孔容积等均有所下降,对中孔及大孔影响更明显;Pt、N共掺杂不改变TiO2的晶型类型,有利于TiO2在活性炭表面分散,N掺杂使晶粒粒径减小,Pt掺杂对晶粒粒径影响不明显;N、Pt通过化学键与TiO2相结合,实现了晶格掺氮,在催化剂表面形成了表面活性位Pt0。样品TiO2/BAC、Pt/TiO2/BAC、N/TiO2/BAC、Pt/N/TiO2/BAC在紫外光、氙灯照射下对水溶液中甲醛的降解研究结果表明:N掺杂拓宽了催化剂的光吸收范围,Pt掺杂增强了TiO2的光催化活性;Pt/N/TiO2/BAC的甲醛去除率达到TiO2/BAC的2.6倍,并且具有良好的分离性能。     

氮掺杂竹炭基超级电容器电极材料制备与表征

以竹炭为前驱体、三聚氰胺为氮源、碳酸钾为预活化剂,采用两次活化工艺成功制备了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积及孔隙分析(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法对制备的电极材料的形貌、结构、化学成分进行表征。通过控制活化过程中的炭碱比(质量比)优化样品的电化学性能,结果表明:炭碱比为1∶1时制备的NC-1样品比表面积高达1 984.4 m2/g,平均孔径为1.26 nm,样品具有清晰的介孔以及内部蠕虫状的微孔。炭材料中氮元素和氧元素含量(质量分数)分别为2.20%和4.65%,有利于增加活性炭表面的亲水性和赝电容,从而提高其比电容量。经电化学性能测试,NC-1样品循环伏安曲线(CV曲线)具有良好的对称性,呈近似矩形;其中在低电势窗口出现明显的宽峰,表明充放电过程中材料表面的含氮官能团与电解液之间发生氧化还原反应,贡献赝电容。恒流充放电显示在1 A/g电流密度下质量比电容高达224 F/g,与未采用该活化工艺的样品比较提高了86.7%。在50 A/g电流密度下其质量比电容高达144 F/g,且在10 A/g下经5 000次循环充放电后仍可达到93%的初始电容保持率,显示了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料较优异的电化学性能和稳定的循环性能。