椰壳活性炭作为电极材料和吸附剂的应用研究

制备了高比表面积的椰壳活性炭,对其结构性质进行了表征并测定了以椰壳活性炭为电极材料的双电层电容器的充放电性质和循环伏安性质.实验结果表明:以椰壳活性炭为电极材料的双电层电容器具有良好的充放电性能,电极比电容达164 F/g.以椰壳活性炭为吸附剂测定了NH3、CO2、CH4、N2、O2和H2在298K的吸附等温线.椰壳活性炭对不同气体的吸附性能存在很大差异,其对NH3的吸附远远大于对CO2、CH4、O2、N2和H2的吸附.以平衡吸附量的比值为参考,椰壳活性炭是适用于NH3/N2、NH3/O2及NH3/空气这些气体混合物中NH3吸附分离的优良吸附剂,可用于NH3/CH4气体混合物中NH3的吸附分离并具有吸附分离CO2/N2、CO2/O2及CO2/空气这些气体混合物中CO2的潜力.     

炭陶除氟吸附材料的研制

采用竹屑、骨粉及膨润土三者混合,经炭化活化制得炭陶除氟吸附材料。研究原料配比、升温速率、活化温度和保温时间等对除氟吸附材料平衡吸附容量及除氟率的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶转换红外光谱仪(FTIR)对炭陶样品进行表征。结果表明:随着升温速率、活化温度及保温时间的增加,炭陶除氟吸附材料的平衡吸附容量及除氟率均呈现先增加后降低的趋势;同时,炭陶除氟吸附材料在除氟过程中,既有物理吸附又有化学吸附,这种协同效应大大提高了其除氟性能。在相对较优的试验条件下,炭陶除氟吸附材料的平衡吸附容量为2.214 mg.g-1,除氟率为88.56%。     

多孔炭材料吸附CO2研究进展

由CO₂等温室气体排放带来的全球变暖问题是目前最严峻的环境问题之一。因此,利用多孔炭材料作为其高效吸附材料的研究得到了广泛的关注。系统综述了近年来用于CO₂吸附的5种多孔炭材料,即煤/石油焦基活性炭、生物质多孔炭、炭气凝胶、金属有机骨架衍生物和碳纳米材料,以及多孔炭材料主要的4种制备方法(高温炭化与活化法、水热炭化法、溶胶-凝胶法和模板法),并重点讨论其结构与CO₂吸附性能的关系;随后对多孔炭材料的孔结构和表面化学性质吸附CO₂的机理进行总结。最后,提出多孔炭材料吸附CO₂发展过程中尚待解决的问题,并对其未来的发展方向进行了展望。     

氮掺杂木质素基活性炭的制备、表征及其吸附性能研究

以碱木质素(AL)作为原料，KOH为活化剂，壳聚糖(CS)为氮源制备氮掺杂木质素基活性炭(N-LAC),采用SEM、XPS和N₂吸附-脱附等温线等方法对活性炭的结构进行表征，并考察了N-LAC对甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能。研究结果表明：N-LAC主要由微孔构成，掺氮增大了木质素基活性炭(LAC)的表面孔隙，在制备条件为KOH与AL质量比2∶1、CS添加量(以碱木质素质量计)30%、活化温度800℃、活化时间2 h时，N-LAC的比表面积为1 457.79 m²/g,总孔容为0.789 cm³/g,微孔孔容为0.612 cm³/g,平均孔径为2.165 nm。N-LAC中氮元素主要以吡咯型氮(N-5)和吡啶型氮(N-6)形式存在，氮的掺杂会降低活性炭的石墨化程度。N-LAC吸附MO和MB的吸附动力学结果表明：N-LAC吸附MO符合粒内扩散模型，以表面吸附为主；N-LAC吸附MB符合准二级动力学模型。     

微波加热方法制备活化生物质炭的研究

笔者采用微波加热的方式以松木片为原料、KOH为活化剂制备活化生物质炭,探索了3种不同KOH/生物质炭的配比(0.5、1.5和3.0)条件下的活化生物质炭的孔结构和甲苯吸附量。甲苯吸附量的测试采用了一种简便、高效、环保和廉价的方法。结果表明,配比为3.0的活化生物质炭达到最高的比表面积2044m~2/g,微孔比表面积也达到最高值1712m~2/g。对不同浓度的甲苯进行吸附,在甲苯浓度为400ppmv时,配比为3.0的活化生物质炭显示了最大的吸附量56.0%。而对高浓度甲苯吸附,配比为3.0的活化生物质炭的吸附量则可达到71.9%,并且其吸附等温线数据能很好的拟合DQSAR吸附模型。     

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。     

PET掺杂对新型木质素基泡沫炭合成的影响

泡沫炭具有低密度、高强度、高导电性、多孔骨架结构等诸多优点,是一种高端的整体性先进碳材料。在多种泡沫炭制备的原材料中,木质素因其可再生、低成本、高产量、高芳香性等特点而逐渐受到重视。基于木质素的热学性质复杂且特殊,近年来笔者开发了一种简单、高效的木质素基泡沫炭合成方法。为进一步实现泡沫炭结构与性能的调控,本研究主要通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)对木质素进行掺杂,考察PET可能对木质素转化过程中产生的影响,以及转化产物(新型泡沫炭)的材料结构与性能,从而提出PET掺杂对木质素基泡沫炭合成的影响。研究结果表明,PET的掺杂对于木质素的发泡过程有调节作用,其与木质素较好的相容性可以成功制备出木质素-PET基泡沫炭。PET的含量对泡沫炭的体密度、真密度、微观孔泡结构、机械强度等均有较为显著的影响。相比之下,X射线衍射和拉曼光谱结果表明PET掺杂对于泡沫炭的微观碳结构几乎没有影响。当PET掺杂量提升为20%时,泡沫炭的性能略有下降,可能与PET与木质素的均匀混合难度提升相关。本研究提出了通过掺杂高分子以改变新合成方法下泡沫炭结构与性能的思路,对泡沫炭的合成和调控具有指导意义。     

椰壳炭制备高比表面积活性炭的研究

高比表面积活性炭是一种极具潜力的吸附材料。本研究以椰壳炭为原料,采用水蒸气和CO2共同活化来制备活性炭。研究表明,粒径为0.28~0.90 mm的椰壳炭以水蒸气和CO2活化10~17 h可以制备出比表面积超过2 700 m2/g的活性炭。活性炭对CO2和CH4有着很强的吸附能力,在25℃时最高吸附量分别达到20.4和9.6 mmol/g。采用一种基于局部密度函数理论的方法计算出活性炭的孔隙主要集中在2 nm以下,利用孔径分布结果计算出的吸附量与实验测量值吻合很好。     

降解木基多孔炭材料的制备及其性能研究

为得到电化学性能优良的超级电容器电极材料,以廉价易得的蘑菇培养基废料降解木为碳源,KOH为活化剂,经水热炭化和高温活化在不同炭化样品与KOH质量比(炭碱比,1:1、1:2和1:3)下制备三维多孔炭材料(PC-1、PC-2和PC-3).通过SEM、TEM、N2吸附-脱附、XPS、XRD、拉曼光谱等测试手段进行表征,结果表...     

基于碱/硫脲协同活化制备多元掺杂活性炭

以葵花秆为原料,利用其自身含有的磷元素为磷源,硫脲为氮源、硫源,通过KOH、硫脲协同活化制备N、P、S三元掺杂活性炭.探讨了活化温度对掺杂活性炭吸附性能的影响,并通过氮气吸附-脱附等温线、X射线光电子能谱(XPS)分析了掺杂活性炭的孔隙结构及其表面化学性质;采用恒电流充放电(GCD)、循环伏安法(CV)考察了掺杂活性炭...     

Preparation and Adsorption Properties of Activated Carbon with Developed Micropore from Coconut Shell by Pyrolysis Activation

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4h,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2nm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.     

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。     

生物质衍生Fe-N-C多孔炭材料的制备及其对硝基苯的催化还原性能

以价格低廉的杉木屑为原料,与尿素和FeCl3·6H2 O按照质量比1:1:2混合,在700～1000℃下炭化制备负载铁的氮掺杂多孔炭材料(Fe-N-C).对不同温度下所制备炭材料的元素组成、结构和表面化学等进行分析,并考察其对硝基苯的催化还原性能.研究结果表明:炭化温度对负载铁和掺杂氮物种有显著影响,700℃时制备的多...     

不同部位竹材制备竹活性炭及其对苯酚的吸附性能

利用不同部位的竹材如竹蔸、竹节和竹枝制备竹炭,以KOH为活化剂,在活化温度为700℃和不同质量浓度的KOH溶液下进行活化制备竹活性炭,测定吸附性能最好的竹活性炭在不同吸附时间和溶液质量浓度下对苯酚的吸附情况,并进行结构表征.结果表明:KOH溶液质量浓度为16.0 g·L-1时,制备的竹活性炭对苯酚的吸附效果最好,而竹蔸、竹节和竹枝活性炭中又以竹蔸活性炭吸附性能最好;吸附时间在40min时,竹蔸活性炭对苯酚的吸附趋于平衡,在30℃时竹蔸活性炭苯酚吸附量达到83.4 mg·g-1时趋向饱和.竹枝炭、竹节炭与竹篼炭的孔隙度分别为0.656,0.698和0.740,竹枝活性炭、竹节活性炭与竹篼活性炭的孔隙度分别为0.688,0.748和0.790.竹篼炭和竹篼活性炭比表面积分别为110.4和475.7m2·g-1,孔容分别为0.09和0.26mL·g-1,平均孔径分别为3.16和2.19nm.     

的吸附

以胶原纤维为基质,通过交联剂将黑荆树单宁、落叶松单宁和毛杨梅单宁固化在胶原纤维上制备吸附材料.实验表明,3种固化单宁对Cu2+的吸附平衡均符合Freundlich方程,其吸附容量大小顺序为固化毛杨梅单宁>固化黑荆树单宁>固化落叶松单宁.进一步研究了固化黑荆树单宁的吸附动力学、吸附柱动力学,以及温度、pH值等对吸附平衡的影响.结果表明,温度对吸附平衡的影响不明显,但pH值对吸附平衡有较大影响,在适当范围内提高pH值,会增加平衡吸附量;吸附动力学可用拟二级速度方程来描述,当吸附温度≥318 K时,由拟二级速度方程计算所得到的平衡吸附量与实测的平衡吸附量非常吻合.固化单宁具有良好的柱动力学特性,吸附柱极易再生并且能循环使用,吸附过程极有可能是在材料的表面进行.     

Preparation and Photocatalysis Performance of Pt, N Co-doped Bamboo Activated Carbon Supported by TiO2

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.     

生物基炭材料在印染废水深度处理中的应用研究进展

首先总结了生物基炭材料的吸附机理，并根据作用机理去延伸分析生物基炭原料的选取，以及生物基炭的制备和表面改性方法。综合讨论了炭材料孔道结构、表面官能团等内在因素，以及初始浓度、吸附剂用量、吸附时间、溶液pH值、温度等外在因素对吸附性能的影响，此外，对吸附热力学、吸附等温线和吸附动力学等吸附特性展开分析。最后，总结了生物基炭材料实际应用存在的问题以及未来多样化发展方向，以期对生物基炭材料在印染废水高效处理中的应用提供参考和借鉴。     

纸基炭电极材料的制备及其电化学性能研究

以工业滤纸为炭基材料,聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚醚(普朗尼克F127)为软模板,1,3,5-三甲苯为扩孔剂,在添加3-氨基苯酚(氮源)和六次甲基四胺的条件下进行水热合成反应制得纸基复合材料,并经炭化制得氮掺杂介孔炭化复合材料(NMC-700),进一步KOH活化后制得活化氮掺杂介孔炭化复合材料(ANMC-700),同时以工业滤纸直接炭化制得的炭化滤纸(C-700)样品为对照,采用SEM、TEM、XRD、XPS等方法对3种炭材料进行了表征。研究结果表明:ANMC-700表面形成了粒径0.6～7μm的炭微球,孔结构由随机分布、蠕虫状的孔组成,比表面积高达1 559 m~2/g,孔容为0.80 cm~3/g,且氮原子已经成功掺杂到炭骨架中,含氮量为3.60%,含氧量为13.65%。电化学性能测试结果表明:以6 mol/L KOH为电解质溶液,在1 A/g的电流密度下,ANMC-700的比电容可达284 F/g,在20 A/g的电流密度下其比电容仍能保持在173 F/g,并在此电流密度下经过10 000次循环充放电,其电容保持率在98.6%,表现出良好的电化学稳定性。     

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。     

桐壳基活性炭的制备及其对有机物的吸附性能

以桐壳为原料,在通氮速率为200 mL/min、活化温度400℃、升温速率10℃/min和活化时间1 h的条件下,采用氯化锌活化法制备了桐壳基活性炭,并采用SA3100型表面积和细孔分析仪及扫描电镜等分析方法,对所制备的桐壳基活性炭的表面细孔结构进行了表征;同时,还进行了亚甲基蓝和苯酚溶液的吸附实验。结果表明,所制备的桐壳基活性炭的比表面积和细孔总体积可分别高达1 995 m2/g和1.521 mL/g,其对亚甲基蓝和苯酚吸附能力随氯化锌用量的增加而增加,其中CT3.0对苯酚吸附能力高于普通商品活性炭,可望成为一种高效的有机污染物吸附材料。