新型生物质碳材料的研究进展
《2024年生物质炭的制备、功能改性及去除废水中有机污染物研究进展》范文
《生物质炭的制备、功能改性及去除废水中有机污染物研究进展》篇一摘要：生物质炭是一种新型环保材料，因其良好的吸附性、化学稳定性以及促进土壤有机物改善的特性而受到广泛关注。
本文综述了生物质炭的制备方法、功能改性技术及其在去除废水中有机污染物方面的研究进展，旨在为相关研究提供参考和指导。
一、引言随着工业化的快速发展，废水中的有机污染物已成为环境治理的难题。
生物质炭因其良好的吸附性能和环保特性，在废水处理中具有广阔的应用前景。
本文将重点介绍生物质炭的制备方法、功能改性技术及其在去除废水中有机污染物方面的研究进展。
二、生物质炭的制备生物质炭的制备主要采用热解法，即将生物质原料在无氧或限氧条件下进行热解，使生物质炭化。
制备过程中，原料的选择、热解温度、热解时间等因素都会影响生物质炭的性能。
常见的生物质原料包括农业废弃物、林业废弃物、城市固体废弃物等。
三、生物质炭的功能改性为了提高生物质炭的吸附性能和化学稳定性，研究者们开展了大量的功能改性研究。
改性方法主要包括物理改性、化学改性和生物改性。
1. 物理改性：通过物理手段，如球磨、研磨等，改变生物质炭的孔隙结构和比表面积，从而提高其吸附性能。
2. 化学改性：利用化学试剂对生物质炭进行表面改性，引入极性基团、亲水基团等，增强其与有机污染物的相互作用力。
3. 生物改性：通过微生物的作用，对生物质炭进行表面修饰，增加其与有机污染物的亲和力。
四、去除废水中有机污染物的研究进展生物质炭因其良好的吸附性能和环保特性，在去除废水中有机污染物方面具有显著效果。
研究表明，生物质炭能够有效地吸附废水中的有机物、重金属等污染物，降低废水的污染程度。
此外，通过功能改性后的生物质炭，其吸附性能得到进一步提高，能够更有效地去除废水中的有机污染物。
五、结论与展望生物质炭作为一种新型环保材料，在废水处理中具有广阔的应用前景。
通过热解法可以制备出性能优良的生物质炭，而功能改性技术则能进一步提高其吸附性能和化学稳定性。
生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展
生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展生物炭是一种由生物质在无氧或低氧环境下热解而成的固碳材料。
它具有具有孔隙结构、高比表面积和良好的化学稳定性等特点，因此被广泛应用于土壤改良和碳固定领域。
下面将对生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展进行探讨。
首先，生物炭作为土壤改良剂可以提高土壤质量，增强土壤水分保持能力和肥力。
研究表明，生物炭可以增加土壤水分保持能力，减少土壤中的水分蒸发和流失。
它的孔隙结构可以增加土壤孔隙度，改善土壤通气性和保水性，提高土壤肥力和作物产量。
此外，生物炭还可以吸附和保持土壤中的营养物质，如氮、磷、钾等，减少营养物质的流失，提高土壤肥力。
因此，生物炭在土壤改良方面的应用有助于固碳并提高土壤质量。
其次，生物炭可以降低甲烷和氧化亚氮等温室气体的排放。
研究发现，生物炭可以吸附和稳定有机物质，使其不易分解为甲烷等温室气体的前体物质。
此外，生物炭还可以提高土壤中的微生物活性，促进土壤中的硝化和反硝化过程，从而减少氧化亚氮的产生和排放。
因此，生物炭在减少温室气体排放方面具有潜力。
此外，生物炭还可以延缓土壤有机碳的分解和氧化过程，将其长期储存在土壤中。
研究发现，生物炭具有较高的化学稳定性，可以在土壤中长期存在。
它的孔隙结构可以保护生物质和有机质免于微生物分解，延缓有机碳的氧化过程。
此外，生物炭具有很长的生命周期，可以将固定的碳长期储存在土壤中，有效减少大气中的二氧化碳浓度。
总之，生物炭作为一种固碳材料，在土壤固碳方面具有广泛的应用潜力。
它可以改善土壤质量和水分保持能力，减少温室气体排放，延缓有机碳的分解和氧化过程。
然而，生物炭的应用还面临一些问题，如生产成本高和施用量的确定等。
因此，还需要进一步的研究来解决这些问题，并推动生物炭在土壤固碳方面的更广泛应用。
生物质炭的制备、功能改性及去除废水中有机污染物研究进展
生物质炭的制备、功能改性及去除废水中有机污染物研究进展首先，我们将介绍生物质炭的制备方法。
生物质炭可以通过两种主要方法制备：热解和活化。
在热解制备过程中，生物质经过高温加热，通过化学反应转化为炭。
而在活化制备过程中，炭材料经过化学活化处理，提高其孔隙结构和吸附性能。
这两种方法可以根据不同的实际需求选择，制备出具有不同性质和吸附能力的生物质炭材料。
其次，我们将介绍生物质炭的功能改性技术。
为了提高生物质炭的吸附性能和应用范围，研究人员对其进行了多方面的改性研究。
其中，物理改性主要包括结构调控、微波改性等方法，通过调节炭材料的孔隙结构和表面性质来改善其吸附性能。
化学改性主要涉及表面改性、功能化改性等方法，通过在炭材料表面引入不同的官能团，增加其与有机污染物的吸附亲和力。
这些改性方法不仅提高了生物质炭的吸附性能，还赋予了其更广泛的应用领域。
最后，我们将介绍生物质炭在废水中有机污染物去除方面的研究进展。
生物质炭具有良好的吸附性能和大孔道结构，可以有效去除废水中的有机污染物。
研究人员通过调控生物质炭的制备方法和改性技术，提高了生物质炭对废水中有机污染物的吸附能力和选择性。
同时，一些基于生物质炭的复合材料和新型吸附剂也被开发出来，有效提高了有机污染物的去除效率和处理能力。
此外，一些新颖的技术，如电化学氧化、光催化降解等，也与生物质炭结合应用在废水处理中，取得了显著的效果。
综上所述，生物质炭作为一种新型的吸附材料，在废水处理领域具有广阔的应用前景。
通过调控制备方法和改性技术，可以有效提高生物质炭的吸附性能和选择性，使其更好地应用在废水中有机污染物的去除中。
随着相关研究的不断深入和发展，相信生物质炭在环境保护和污染治理中将发挥越来越重要的作用综上所述，通过调节生物质炭的制备方法和改性技术，可以有效提高其吸附性能和选择性，从而使其在废水处理中更加广泛应用。
生物质炭具有良好的吸附性能和大孔道结构，能够有效去除废水中的有机污染物。
生物炭改性及其应用研究进展
生物炭改性及其应用研究进展生物炭是一种由生物质材料经过高温热解和炭化得到的固体炭材料。
与传统的煤炭相比，生物炭具有较高的孔隙度、比表面积和吸附能力，具有较好的化学稳定性和可再生性，并且对环境友好。
生物炭具有广泛的应用前景，特别是在农业、环境和能源领域。
生物炭改性是为了提高生物炭的特性，扩大其应用范围。
目前，常用的生物炭改性方法包括物理改性、化学改性和物理化学双重改性。
物理改性包括磁化改性、离子改性、蒸汽改性和混合改性等；化学改性包括酸碱改性、氧化改性和功能化改性等；物理化学双重改性则是将物理和化学改性方法相结合，以提高生物炭的吸附性能、导电性能、催化性能等。
在农业领域中，生物炭改性主要集中在提高土壤肥力和改善土壤性质方面。
通过引入功能性基团，改变生物炭的表面性质，使其具有更好的水保持能力、肥料保持能力和微生物促进能力，提高土壤的保肥效果和产量。
此外，生物炭改性还可以增加土壤有机质含量、改善土壤结构、调节土壤酸碱性等，对土壤有机肥的修复和改良起到重要作用。
在环境领域中，生物炭改性主要应用在水污染治理和废气治理方面。
生物炭具有较高的孔隙度和比表面积，可用于吸附水中的有机物、重金属离子和氮磷等，起到净化水质的作用。
生物炭改性还可用于废气治理中的吸附分离和催化降解等，减少大气污染物的排放。
在能源领域中，生物炭改性主要应用在生物炭燃烧和生物炭气化等方面。
生物炭改性可提高生物质热解和燃烧过程中的热值、燃烧效率和热稳定性，增加生物炭的能源利用率。
生物炭改性还可用于生物炭气化反应中，改善生物炭的气化性能，提高合成气的产量和质量。
总的来说，生物炭改性是提高生物炭特性和拓展其应用领域的重要手段。
目前，关于生物炭改性的研究已取得了一系列的成果，但仍存在一些问题，如改性剂的选择、改性方法的优化和改性机制的解析等。
因此，未来的研究应进一步探索生物炭改性的新方法和新理念，以满足农业、环境和能源领域的需求，并为可持续发展做出更大的贡献。
生物炭制备及其应用在土壤修复中的研究
生物炭制备及其应用在土壤修复中的研究生物炭是一种来源于生物质的碳质材料，在高温、无氧的条件下制备而成。
它具有良好的环境友好性和生物活性，因此近年来被广泛应用于土壤修复、肥料改良等领域。
本文将探讨生物炭的制备和应用在土壤修复中的研究进展。
一、生物炭的制备生物炭的制备原料主要包括木材、秸秆、稻壳等生物质，在高温（400-600℃）的条件下进行炭化反应，得到具有良好吸附性、孔隙结构和稳定性的生物炭。
其中，生物炭的物理化学性质受到原料、制备温度、加热速率等因素的影响。
在生物炭的制备过程中，还可以添加一些微生物菌剂、化学物质等辅助剂。
这样可以在生物炭中加入微生物菌群，对土壤中的有益微生物起到促进作用，从而达到提高土壤肥力、改善土壤结构的目的。
另外，生物炭还可以添加一些化学物质，如钾肥、磷酸盐等，从而提高肥料的利用率和作用时间。
二、生物炭在土壤修复中的应用由于生物炭具有高度的吸附性、稳定性和生物活性，因此它在土壤修复中有着广泛的应用。
1. 肥料改良生物炭可以通过增加土壤微生物数量和活性，提高土壤有机物含量、酸碱度、肥料吸收力等，从而改善土壤条件，提高作物产量和质量。
实验证明，将生物炭与化肥混合施用，明显提高了水稻和小麦的产量。
2. 污染物吸附生物炭的微观孔隙结构和吸附性能可以吸附检测中的重金属、农药等有害物质，从而减少有害物质对土壤和水体的污染。
近年来，研究者在实验中使用木屑生物炭，对污染水体进行了修复和净化，效果显著。
3. 土壤改良生物炭具有良好的水保持能力和改善土壤结构的作用，可以为有机农业和生态农业提供更加有利的生态环境。
研究表明，生物炭可以改变土壤孔隙度、提高土壤保水能力和通气性，增加土壤含水量和土壤肥力，从而实现对土壤的改良和恢复。
三、总结生物炭是一种新型的土壤修复材料，具有良好的环保和生物促进作用。
本文探讨了生物炭的制备方法和应用领域，并重点介绍了它在土壤修复中的应用。
随着对生物炭的深入研究和推广，相信它将在未来的生态环境修复和农业可持续发展中发挥重要的作用。
生物炭研究进展及其研究方向
土 壤(Soils), 2011, 43 (6): 857~861生物炭研究进展及其研究方向①谢祖彬1， 刘 琦1,2， 许燕萍1,2， 朱春悟1(1土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008;2中国科学院研究生院，北京 100049)摘 要：近几年来，随着巴西亚马逊流域考古发现黑土（black earths，或terra preta de indio（葡萄牙语））及研究的深入，认为将生物质炭化还田不仅能藏碳于土，减缓全球气候变化，而且能提高全球粮食安全保障。
生物质在无氧或低氧条件下高温裂解炭化而成的产物被称为生物炭（biochar）。
本文将从生物炭特性；生物炭对作物产量和养分吸收的影响；生物炭分解和对土壤碳周转的影响以及对污染物降解和生物有效性影响方面进行综述，以期为国内生物炭研究提供参考。
关键词：生物炭；性质；肥力；碳周转；温室气体；污染物中图分类号： X71生物质（秸秆和枯枝落叶等）开发利用是永久而不竭的主题。
远在西周时期（公元前11世纪至公元前8世纪），中国农民就从实践中逐步认识到将杂草、秸秆和枯枝落叶燃烧成草木灰还田有利于作物的生长；14世纪初叶，王祯在《农书·粪壤篇》中把草木灰列为一大类农家肥料。
北魏时期，贾思勰在《齐民要术》（约成书于公元533年至544年）中就提到用松制墨（炭黑）的方法和炭黑性质。
在我国农田、草地和森林，经常可以看到没有分解的火烧黑色物质。
生物炭（biochar）是近几年国际上出现的新名词，是生物质在缺氧条件下高温裂解形成的物质。
据报道，生物炭具有促进植物生长、分解慢、降低重金属和有机污染物生物有效性等作用。
为促进生物炭生物和环境效应研究，本文汇编了生物炭特性；生物炭对作物产量和养分吸收的影响；生物炭分解和对土壤碳周转以及对污染物降解和生物有效性影响的研究结果，并根据国际、国内研究现状，提出了研究方向。
1 生物炭特性1.1 pH生物炭呈碱性，且裂解温度越高，pH越高[1-2] 。
生物炭的制备及其应用研究进展
生物炭的制备及其应用研究进展生物炭的制备及其应用研究进展一、引言近年来，生物炭作为一种新型的碳材料，受到了广泛关注。
它由天然有机材料经过高温热解或气化而得到，具有极高的炭含量和特殊的微观孔结构。
生物炭具有许多优异的性质和广泛的应用前景，特别是在环境修复、土壤改良和能源储存等方面表现出了巨大的潜力。
本文将重点介绍生物炭的制备方法以及其在不同领域的应用研究进展。
二、生物炭的制备方法目前，生物炭的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法三种。
物理法的制备过程是将天然有机材料进行高温热解或气化，在缺氧或有限氧条件下进行。
常用的物理法包括煅烧、炭化和热解等方法。
化学法的制备过程是将天然有机材料进行化学反应或处理，如酸处理、氢化还原或热裂解等。
生物法的制备过程是利用微生物将有机废弃物分解为生物炭，常用的方法包括厌氧发酵和好氧堆肥等。
三、生物炭的应用领域1. 环境修复生物炭可作为一种有效的环境修复材料，能够吸附和固定重金属离子、有机污染物和有害气体等。
其特殊的微观孔结构和大表面积使得其具有良好的吸附能力和固定能力。
生物炭在土壤中的应用可以有效减少土壤中的污染物含量，并提高土壤质量，从而增加农作物的产量和质量。
2. 土壤改良生物炭作为土壤改良剂，可以改善土壤结构、调节土壤酸碱度和提高土壤保水能力。
其微观孔结构可以增加土壤孔隙度，促进土壤通气和排水，提高农作物的根系生长。
同时，生物炭还能吸附土壤中的营养元素，缓释给植物吸收，提高土壤肥力和农作物的产量。
3. 能源储存生物炭作为一种新型的能源材料，具有较高的碳含量和良好的燃烧性能。
其应用于能源储存领域可以用作燃料电池的电极材料、电容器的电极材料和锂离子电池的负极材料等。
生物炭的使用可以提高能源转换效率、减少能源的消耗，并对环境产生较小的影响。
四、生物炭的未来发展方向尽管目前生物炭已经在环境修复、土壤改良和能源储存等领域取得了一定的应用效果，但仍然存在一些问题和挑战。
其中包括生物炭的制备成本较高、应用技术仍不成熟、产品质量参差不齐等。
2024年生物炭市场发展现状
2024年生物炭市场发展现状引言生物炭是一种由生物质材料热解而成的固体炭材料，具有良好的环境保护和农业肥料的特性。
近年来，随着人们对环境问题和可持续发展意识的提高，生物炭市场迅速发展。
本文将介绍生物炭市场的现状，并探讨其发展趋势。
生物炭市场概述生物炭市场是一个快速发展的产业，涉及到农业、环境保护、能源等多个领域。
据市场研究报告显示，生物炭市场的年复合增长率超过10%，预计在未来几年将保持较高增长势头。
生物炭在农业领域的应用生物炭在农业领域有广泛的应用，主要体现在土壤改良和植物栽培方面。
生物炭具有良好的保水、保肥、保护土壤生态环境的特性，可以改善土壤结构、增强土壤肥力，并提高作物产量和质量。
此外，生物炭还能够吸附土壤中的有毒重金属，降低土壤污染风险。
因此，越来越多的农业生产者开始采用生物炭作为农作物的生产辅助材料。
生物炭在环境领域的应用生物炭在环境领域的应用主要体现在固碳减排和水质净化方面。
生物炭具有良好的固碳能力，能够将大量的二氧化碳储存于土壤中，减少温室气体排放。
此外，生物炭还可以作为污水处理的吸附剂，在净化水质和去除有机污染物方面发挥重要作用。
生物炭市场面临的挑战尽管生物炭市场发展迅速，但仍然面临一些挑战。
首先，生物炭的生产成本相对较高，限制了其在大规模应用中的普及。
其次，生物炭的标准和认证体系尚未形成，存在着质量参差不齐的问题。
此外，生物炭的市场推广仍然相对薄弱，需要加强宣传和教育力度。
生物炭市场发展的趋势尽管生物炭市场面临一些挑战，但其发展前景仍然广阔。
未来几年，生物炭市场有望得到进一步扩大，主要得益于以下几个方面的发展趋势：1.技术进步：随着生物炭生产技术的不断进步，生产成本将进一步降低，使得生物炭更具竞争力。
2.政策支持：各国政府纷纷出台鼓励生物质能源利用和环境保护的政策，为生物炭市场提供了良好的发展环境。
3.消费者意识提高：人们对环境问题和可持续发展的关注度逐渐提高，对生物炭等绿色产品的需求也在增加。
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新型生物质碳材料的研究进展摘要: 碳材料是重要的结构材料和功能材料,利用生物质原料制备各种碳材料,可以降低碳材料生产成本,实现碳材料的可持续发展。
本文较系统地介绍了新型生物质碳材料的制备方法以及应用前景,总结了近年来国内外生物质碳纤维、生物质活性碳纤维、生物质碳分子筛等碳材料的相关研究报道。
关键词: 生物质;碳纤维;活性碳纤维;碳分子筛碳材料以其优良的耐热性能、高导热系数、良好化学惰性、高电导率等优点,被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、航空等领域。
近年来,由于化石资源的短缺,碳材料的发展和应用受到了限制。
生物质资源如林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源植物等属于可再生资源而成为化石资源的替代品,而且大部分生物质资源都含有丰富的碳元素,成为制备各种碳材料的丰富原料。
自碳材料诞生起,以可再生的生物质资源为原料制备各种碳材料一直都是研究者关注的重点.。
1. 新型生物质碳材料目前,研究较多和应用比较广泛的新型生物质碳材料有各种生物质碳纤维、生物质活性碳纤维、生物质碳分子筛。
1．1 生物质碳纤维碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量90%以上。
它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下炭化而制得。
作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是先进复合材料最重要的增强材料。
由于其特有的高比强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、低热膨胀等特殊性能,已成为发展航天航空等尖端技术和军事工业必不可少的新材料。
目前碳纤维制备方法主要有有机纤维法和气相生长法。
以各种生物质原料为前驱体的碳纤维,其制备大多采用有机纤维法,即采用不同的有机纤维为原料,经纺丝、氧化、炭化、石墨化、表面处理、上胶、卷绕及包装,分别制得各种不同性能的碳纤维和石墨纤维。
1．2 生物质活性碳纤维活性碳纤维(activatedcarbonfiber,ACF)是将碳纤维及可炭化纤维经过物理活化、化学活化或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能型碳纤维。
常使用的活化剂是水蒸气和二氧化碳(CO2)或两者同时使用。
活性碳纤维多用作吸附材料、催化剂载体、电极材料等。
有别于作为增强体的碳纤维ACF的力学性能并不高,不能用作结构材料件;但由于比一般活性碳有着更为优越的孔隙结构和形态,成为各国积极开发的第三代活性碳吸附材料。
1．3生物质碳分子筛碳分子筛(carbonmolecularsieves,简记CMS)是在20世纪末期发展起来的一种具有较为均匀微孔结构的碳质吸附剂材料。
它具有接近被吸附分子直径的楔形狭缝状微孔,能够把立体结构大小有差异的分子分离开来。
作为碳质吸附剂,CMS与活性碳在化学组成上并没有本质区别,但是CMS的孔隙率远低于活性碳,其孔隙以微孔为主,微孔孔径分布集中在013～110nm范围内。
碳分子筛的吸附分离是基于动力学效应,主要是其孔径分布可使不同的气体以不同的速度扩散进入其中的孔隙中,而不会排斥混合气体中的任何一种气体。
碳分子筛已经用于空气分离制氮、催化剂载体、脱除天然气中的杂质CO2和H2O、色谱的固定相,从焦炉气、高炉气等气体中回收氢气等方面。
碳分子筛的制备工艺因原材料的不同而存在差异。
以生物质为原料的、粒状CMS的制备路线如图1。
在CMS的制造过程中,炭化、活化和调整孔径都很重要,如果活化出的孔径过大则不利于进一步的碳沉积调孔,过小则在碳沉积的过程中会将小孔堵死,所以控制好工艺条件活化出适当的孔径,有利于进一步的碳沉积缩孔。
2．新型生物质碳材料的研究现状2．1 生物质碳纤维早在1850年英国人Swon就用棉、竹等天然纤维制造碳丝,主要用于灯泡的灯丝,从而成为研制黏胶碳纤维的前驱。
Peng等采用天然高相对分子质量纤维素为原料,制备了高强高模Lyocell纤维,并用此作为碳纤维原丝,成功制得了强度优于黏胶基碳纤维的Lyocell 基碳纤维。
张慧慧等制备了不同含量炭黑填充的Lyocell纤维用做碳纤维原丝,制备出强度和模量分别为018GPa和70GPa的含炭黑填充的Lyocell基碳纤维(Wuetal.,2002)。
日本群岛大学的大谷教授在昭和42年研制成木素基碳纤维,最初使用的木质素都是造纸中得到的硫代木质素(KP木质素)和木质素磺酸盐(SP木质890MPa木素基碳纤维。
由于蒸汽爆破法操作简单,获得的生物质没有污染,相对其他方法获得的木素制备碳纤维更经济、有利。
Kadla等(2002)在研究木素基碳纤维的制备过程中发现,木素与聚乙烯混合后有利于其纺丝,而且可以制备出抗拉强度在400～550MPa之间、弹性摸量在30～60GPa之间的碳纤维。
利用纤维素、木素等生物质原料制备碳纤维时,必须将其从生物质原料中分离出来加工成碳纤维原丝,制备工艺复杂,污染严重。
日本Tsujimoto(1985)将乙酰化木材溶于苯酚,加入固化剂,加热可生成具有较好拉丝性的树脂化溶液,以100m・min-1 的速度拉丝后并以一定速率加热使其硬化,900℃炭化制备出与通用的沥青碳纤维强度相当的木材基碳纤维,实现了木材整体制备碳纤维。
Okabe等(2005)也用废旧木材生成的木材酚醛树脂,通过“聚合物混合方法”在165～185℃下熔融纺成纤丝,并对形成的纤丝稳定化处理后,在1000℃通N2保护下炭化1h制备成碳纤维。
Yoshida等(2005)对淀粉基碳纤维也做了研究,淀粉与苯酚的质量比为1∶3的混合物在硫酸催化剂下制备成生物质酚醛树脂,该树脂纺丝后浸泡在HCHO的酸性溶液中于95℃保持24h使纤维固化,中和、水洗后烘干,在N2气中900℃炭化1h得到淀粉酚醛基碳纤维。
2．2 生物质活性碳纤维最早报道ACF研制成功的是Abbott于1962年研制成功黏胶基ACF,1972年Arons和Macnair等人研制成功酚醛基和黏胶基ACF(沈曾民,2003)。
在随后的ACF研究、开发和应用的几十年间,人们尝试了用各种生物质原料来制备ACF。
Uraki等(2001)利用针叶材醋酸木素在220℃离心式纺丝机上纺丝,热稳定化后的纤维在N2中1000℃炭化后,900℃用水蒸气活化处理制备出活性碳纤维,40min活化,具有比阔叶材更大的比表面积,活化时间延长,其比表面也更大。
Asakura等(2004)用针叶材和阔叶材纤维通过炭化、CO2活化制备出具类似活性碳纤维的短的中空纤维状活性碳,针叶材纤维状活性碳主要由微孔组成,阔叶材纤维状活性碳的孔隙分布较广,有微孔、中孔和大孔。
研究发现水和甲苯蒸汽在这些纤维状活性碳中的吸附数量比商业用的活性碳纤维的吸附数量要高。
Okabe等(2005)也曾成功地对液化木材利用“聚合物混合方法”制备的碳纤维,在800℃用水蒸气活化进一步制成木材活性碳纤维。
我国的岳中仁等(1996)将剑麻纤维在350℃以上半炭化后,浸渍KOH,于850℃在N2保护下热处理,制备出得碳率高和比表面积较高的剑麻基活性碳纤维。
研究发现活化前的预处理对最终活化产物的形态、结晶结构和化学组成均有影响。
半炭化温度最好控制在原纤维大量失重的温度以上,才能得到纤维形态的碳;与水蒸气活化相比,KOH活化的纤维其微晶尺寸较小,纤维的灰分也较少。
陈水挟等(2000)通过水蒸气活化制成剑麻基活性碳纤维,并研究了不同染料分子在剑麻基活性碳纤维上吸附速度差异较大,结晶紫的吸附速度比亚甲基蓝或铬蓝黑R慢得多。
亚甲基蓝和铬蓝黑R双组分共存时,其吸附速度与单组分时的相近,但初始阶段亚甲基蓝的吸附比铬蓝黑R快得多。
由于染料的分子尺寸与ACF的微孔大小相近,染料在活性碳纤维上的吸附速度与染料分子的尺寸及活性碳纤维的孔结构密切相关。
李顺如等(2002)利用原材料丰富易得的农副产品———薯渣研制成ACF,主要是将薯渣经碱化,低含水状态下300℃气氛炭化,炭化产物用浓度为35%的ZnCl2处理,800℃活化制备出活性碳纤维,该活性碳纤维对水中苯酚的吸附达90%以上。
同时提出可利用金属化合物对该活性碳纤维改性,改善其表面化学结果和孔状结构,进一步提高其吸附性能。
2．3 生物质碳分子筛生物质原料本身富含挥发分,低灰、结构均一,对于碳分子筛的制备非常有利。
生物质碳分子筛研究较多的是采用植物的坚硬果壳来制备(Huetal.,1995;Xuetal.,1996;Tanetal.,2004)。
Nguyen等(1995)以 Macadamia果壳为原料,经过活化造孔、碳沉积缩孔和再活化开孔制备出孔容为0119cm3・g-1 、孔径在0137～0149nm之间的碳分子筛,并成功地用于CS2和C5H12的分离。
Hayashi(1999)研究利用棕榈壳制备出碳分子筛,通过控制炭化温度来调孔,发现900℃和1000℃制备的该碳分子筛适合分离CO2和CH4,700℃制备的适合分离C3H8和C3H6。
Hu等(1995)用少量的KOH浸渍炭化的胡桃壳后高温热解、改性后生成孔隙大小在015nm的碳分子筛。
夏志勇等(1998)以我国海南椰壳为原料进行了空分用碳分子筛的制备研究。
对椰壳进行预处理干燥后,经一次炭化、破碎、成型后再进行预处理和孔调变处理,制得了空分性能与进口产品接近的碳分子筛产品。
海南椰壳在450℃后热分解已渐趋完全,进一步提供炭化温度至800℃有助于在碳分子筛产品中形成有效地分离O2/N2的孔隙结构;炭化温度超过800℃后,产品碳分子筛的空分性能变差,主要由于碳料中的微孔在高温下过分收缩,使得吸附O2分子的有效孔容减少的缘故。
Youssef(1981)对农业废弃物如甘蔗渣等通过用氯化锌和水蒸气活化制备出活性碳,未活化的木炭虽然具有分子筛的性能,但其吸附性能较差。
灰分含量低的活性碳的吸附性能较好,并且能够被用做分子筛。
Christner等(1993)对纤维素前驱体碳分子筛做了专门研究,纤维素的结晶区和无定性区确定碳分子筛的性能。
研究发现,结晶区和非结晶区各占50%的纤维素530℃获得的碳分子筛对可以分离正丁烷和CO2,但却对异丁烷几乎很难分离。
Bello等(2002)将桉树木炭粉与有机胶黏剂混合后在CO2中热处理制成碳分子筛,通过测量CO2和CH4在室温条件下的吸附动力评价该碳分子筛的性能。
同时研究发现,随着升温速度的增大和活化时间的缩短,桉树碳分子筛的吸附选择性要求更高。
Kita等(2002)、Koga等(2005)将从木素中相分离方法获得的lignocresol高温热解制成大约厚度为400nm的碳分子筛膜,通过减少分子筛膜的厚度增加气体的渗透率,热解温度对膜的性能影响比较大,600℃获得的膜气体分离性能最好,35℃时测得该碳分子筛膜CO2ΠN2、O2ΠN2、H2ΠCH4、CO2ΠCH4的分离系数分别为50、8、290、87。
3．总结与展望以丰富的生物质资源开发研制新型碳材料将能缓解由于化石资源的枯竭而带来的工业和民用材料的短缺。