液氮冷冻-真空解冻预处理木质素制备导电炭及其性能

为了提高工业废弃生物质的附加值和进一步改善木质素高温热解炭的导电性能,笔者通过简单的液氮冷冻-真空解冻预处理结合高温碳化的方法将玉米秸秆中提取的酶解木质素制备成具有更高导电性能的木质素导电炭材料(PLC)。通过电阻率测试探究了不同碳化温度、碳化保温时间以及预处理时间对导电炭电阻率的影响,同时采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和拉曼光谱等测试手段对不同碳化保温时间下炭材料的石墨化程度以及导电性能进行了评价。结果表明：经过预处理后的木质素能够在高温条件下热解碳化形成石墨化程度更高、导电性更好的炭材料,在热解温度为1 000℃、碳化时间为1 h时,PLC电阻率就能达到0.112Ω·cm。同时,PLC均为过渡态炭且含有少量氮元素,在高温条件下随着碳化保温时间增加,其无定形结构增加,有序性减小,导电性能和炭产率同步降低。因此,PLC能够充分地节省时间成本,从而提高工作效率。     

活化剂用量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KOH用量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,通过扫描电镜、BET氮气吸附、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,考察了碱炭比对竹基活性炭材料结构和性能的影响.研究结果表明:随着碱炭比增大,活性炭材料的比表面积与总孔容、中孔孔客、微孔孔客...     

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%。     

竹材不同部位及炭化温度对竹炭吸附性能及远红外发射率影响的研究

对竹材炭化后不同部位炭材料进行了碘吸附性能、亚甲蓝吸附性能、比表面积、远红外发射率测定。结果表明,竹蒲炭碘吸附性能最优,竹片炭其次,竹节炭最差。炭化温度对竹炭吸附性能影响较大,炭化温度越高炭的吸附性能越好。比表面积测定结果也表明在900℃炭化条件下,竹蒲炭比表面积和孔容分别达357.674 m2·g-1和0.295 m3·g-1。亚甲蓝测定结果显示,在700℃及以下炭化条件下,竹蒲炭亚甲蓝吸附性能是最优,竹节炭亚甲蓝吸附性能是最差。而在900℃炭化条件,竹片炭亚甲蓝吸附性能是最优。在所有测试样品中700℃炭化条件下竹蒲炭亚甲蓝吸附性能是大。所有竹炭样品远红处发射率均在0.90以上。     

环境友好型保水材料对土壤水分特征的影响及评价

目的 探究环境友好型保水材料对土壤水分特征的影响。 方法 选用岩棉、生物炭和炭棉3种环境友好型保水材料与聚丙烯酸钠盐型、丙烯酰胺-丙烯酸钾聚合型、聚丙烯酸钾盐型3种传统保水材料及CK对比研究。以沙土为基质,按不同质量比与各种保水材料均匀混合,通过控水试验,分别测定保水材料土壤水分动态曲线和水分特征曲线,分析保水材料对土壤水分特性的影响并进行评价。 结果 环境友好型保水材料均能降低土壤密度,增加土壤孔隙度和持水量。其中10%炭棉对各持水参数都有显著影响。自然干旱条件下,与CK相比,各保水材料均能有效抑制土壤水分蒸发。在40 d时间内,10%炭棉在整个失水过程中保持水分的效果最好,干旱胁迫40 d后,10%炭棉比CK组含水量高3.37%。6种保水材料均能提高土壤有效水含量,由多到少排序为T3>N>H>T2>S3>S2>D3>K>D2>S1>T1>D1>CK,其中10%炭棉处理的土壤有效含水量最高。 结论 通过主成分分析和隶属函数法综合评价得出,环境友好型保水材料中10%炭棉保水效果最好。     

木基衍生炭活化过硫酸盐降解污水污染物的研究进展

基于硫酸根自由基的高级氧化技术在处理水中有机污染物领域受到广泛关注,利用炭材料活化过硫酸盐可解决传统过渡金属/过硫酸盐体系降解污染物过程中的金属离子溢出问题。木基衍生炭是一种天然绿色、成本低廉、制备工艺简单、可持续的非金属炭材料催化剂,并且具有应用于环境修复领域的潜能。木基前驱体经热解后可生成具备发达孔结构和丰富官能团的炭材料,有利于过硫酸盐活化。木基衍生炭具有的丰富孔径结构也为水体中有机污染物的吸附提供了可能。概述了近年来木基衍生炭/过硫酸盐体系在污水处理领域的研究进展,重点介绍了自由基高级氧化技术原理、木基衍生炭材料的制备技术与性能特点以及基于炭材料的自由基高级氧化作用机制和技术特点,同时详细总结了非金属杂原子改性对木基衍生炭材料性质及其活化过硫酸盐能力的影响,归纳分析了木基衍生炭催化剂在水环境处理中的作用机制与应用前景。研究结果也为森林可燃物处理、木材加工剩余物及废弃改性木材的高值化利用提供了新的思路。     

生物炭复合材料处理水体重金属的研究进展

生物炭具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,表面含有大量官能团,这些特性使得生物炭在水体污染物的处理方面具有强大的发展前景。近年来,越来越多的学者开始研究生物炭复合材料的制备,利用物理、化学方法对生物炭进行改性,提高吸附材料对水体中的重金属的吸附性能。对生物炭的特性、复合材料的改性方法以及其对重金属的吸附机理等进行综述,并提出了生物炭吸附材料未来的研究方向,应该开展重金属复合污染的研究,以期为生物炭材料的大规模应用提供参考。     

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。     

物理法制备炭陶复合吸附材料及其表征

以木炭和黏土为原料,采用物理法制备炭陶复合吸附材料,讨论温度和保温时间对其吸附性能的影响,采用扫描电镜(SEM)和全自动比表面积及孔径分析仪对其微观结构和孔径分布进行表征,提出原位活化的思路.结果表明:热处理过程中,木炭的收缩在木炭和陶土之间形成发达的孔隙;黏土在烧结之后并没堵塞活性炭的孔隙结构;块状炭陶的吸附性能比粉状的高;炭陶在制备过程中受原位活化作用.在较优的工艺条件下,炭陶复合吸附材料的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值分别为127.5和543.6 mg·g-1.     

氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能

以桉木木质纤维素作原料，六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂，NaOH作为共活化剂，采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料，采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明：活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构，平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器，在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5 000次，电容保持率98.9%。     

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...     

不同炭化温度下杉木生物炭产率及特性比较

为探讨炼山后杉木各组分残余物性质特征,以杉木不同组分(枝、叶、皮、根)为试验材料,运用室内模拟方法,采用限氧升温炭化法,进行杉木各组分在不同的炭化温度下所得生物炭的特性比较研究。结果表明:随着炭化温度的升高,杉木各组分的生物炭的产率和水分逐渐降低,而灰分含量逐渐增加,其中在300~400℃温度范围内,杉木枝、根、皮、叶的生物炭的产率的降幅最大,分别达到33.22%、33.50%、32.85%、40.68%;杉木各组分生物炭的N、C含量皆随着炭化温度的升高而增加,而以杉木叶的生物炭(LC)N、Mg含量最高,最大分别达到1.71%、33.48 g·kg-1;在同一炭化温度下,杉木枝的生物炭(BC)的C含量明显高于其他组分生物炭,杉木皮的生物炭(WC)的Fe、Ca含量高于杉木其他组分生物炭。     

生物炭在土壤重金属修复中的应用

在过去的几十年中,重金属污染由于其毒性和不可生物降解的特性对环境和人类造成了严重威胁。近年来,人们对重金属的去除进行了广泛的研究,并成功地开发了各种吸附材料。其中,生物炭因其具有多种生物质来源、丰富的微孔通道和表面官能团以及低成本而成为一种很有前景的选择。生物炭主要由农业废弃物、林业废弃物和生物固体制成。然而,原始生物炭的吸附容量低,不可再生,因此限制了其应用。通过添加改性材料与生物质共热解制备的生物炭,在克服原始生物炭的局限性和实现优良的重金属吸附和固定性能方面具有潜在的应用潜力。为此,综述了生物炭在土壤环境中去除各种重金属的研究和应用进展。为了阐明这个问题,重点关注了以下2个方面：(1)原料如何影响生物炭的特性,(2)生物炭对土壤中重金属的影响。并对生物炭在土壤重金属修复方面的应用进行了展望,目的是为了开发环保并且低成本的生物炭材料。     

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。     

泡沫炭的制备及应用

泡沫炭(CF)是具有炭特征的海绵状炭材料。泡沫炭以其低密度、耐高温、高机械强度等优异性能而在较多领域展示出巨大应用潜力。对泡沫炭的制备原料、制备方法进行了综述,讨论了制备过程中的影响因素和其结构性能的差异,归纳了泡沫炭的结构、性质和应用,并对泡沫炭未来的发展进行了展望。     

Preparation and Apllication of Carbon Foam

泡沫炭(CF)是具有炭特征的海绵状炭材料.泡沫炭以其低密度、耐高温、高机械强度等优异性能而在较多领域展示出巨大应用潜力.对泡沫炭的制备原料、制备方法进行了综述,讨论了制备过程中的影响因素和其结构性能的差异,归纳了泡沫炭的结构、性质和应用,并对泡沫炭未来的发展进行了展望.     

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。     

木质素基多孔炭材料及其在水体净化中的应用研究进展

多孔炭材料具有高比表面积、大孔容和结构形貌可调控等优良的物理化学性质,对水体污染物具有良好的吸附性能.木质素是储量丰富的天然生物质资源,具有含碳量高、价廉、易改性等特点,是替代传统化石资源制备多孔炭材料的理想前驱体.本文重点综述了木质素基多孔炭材料的制备方法,及其在水体中对重金属离子、染料、芳香族化合物和抗生素等污染物...     

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...     

杉木树皮基活性炭的制备、表征及其电化学性能研究

以林业废弃物杉木树皮作原料,通过低温炭化和KOH高温活化两步法制备了具有高表面积和孔隙率的杉木树皮基活性炭并应用于超级电容器电极材料。以碱炭比和活化温度为试验因素,以电流密度0.5 A/g下的质量比电容为响应值,进行中心复合设计(CCD)和响应面分析。研究结果表明：杉木树皮基活性炭的比表面积最高可达1 522 m²/g,最大孔容可达0.84 cm³/g,此时平均孔径为1.12 nm,且同时存在大量的中孔和微孔。碱炭比和活化温度的交互作用对比电容的影响显著,响应面法优化得到杉木树皮基活性炭最佳制备工艺为：碱炭比值为3,活化温度605℃,此条件下炭材料的比电容为185.7 F/g。对优化条件下制备的活性炭进行电化学性能测试发现：在0.5 A/g条件下的最大比电容为188 F/g,且具有良好的倍率性能(85.1%)。