高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展
超级活性炭的制备和性能研究及应用现状

超级活性炭的制备和性能研究及应用现状作者:武建宏魏强来源:《中国化工贸易·下旬刊》2018年第07期摘要:该次对超级活性炭的制备工艺、性能衡量方法、应用的领域这三个问题进行了研究。
当前人们正在继续优化制备的工艺,尝试提高超级活性炭的性能,以便让它有更广阔的应用前景。
关键词:超级活性炭;制备;性能;应用超级活性炭是一种比表面积高达2000m2/g以上,远高于常规活性炭300m2/g~1000m2/g 这一指标的活性炭,它又被称为高比表面积活性炭。
1 超级超级活性炭的制备1.1 制备材料目前制备超级活性炭的材料比较广泛。
比如以木材为例,木材、锯木屑、废弃的椰子壳、部分含碳的水果核,都可以制备超级活性炭。
也可以从含碳的矿物质类原材料中提取超级活性炭,比如无烟煤、石油焦等。
还可以从含碳的工业废弃物中提取,比如废旧的轮胎、除尘灰等。
目前人们可以使用工业、农业的废弃物中提取超级活性炭,达到将废弃物质再利用,达到环保的效应。
1.2 制备方法现应用一则超级活性炭制备的实例来说明它的制备方法。
现选择将石油焦破碎至120目,在空气状态中,将破碎的石油焦升温至400℃。
设定预氧化时间为2h,烧失率为23%,预氧化焦磺吸附值为175mg/g。
完成预氧化处理后,依1.5:1的比例将固体KOH与预氧化后的石油焦混合,在N2的氛围下应用830℃活化,设定活化时间为1.5h。
完成活化后洗涤、干燥,将制备的超级活性炭加工成需要的物理状态,比表面积3150。
1.3 制备要点从制备实例中可以看到,制备的关键为炭化和活化两个阶段。
炭活的要点是应用热分解和缩聚反应来处理原始材料中的炭化料。
热分解环节需要控制的是温度、制备的环境、预氧化时间、烧失率。
活化的要点是将炭化料变成活化剂,即具有超级活性炭性能的材料。
活化环节处理的重点为活化的工艺,目前最常见的活化工艺为物理活化法、化学活化法、物理化学联合活化法。
物理活化法,生产的工艺简单,不会产生具有腐蚀性的物品,活化的过程非常安全,活化完毕后,不必进入洗涤的工艺流程,从理论上说,这种工艺是最优的,然而这种工艺在应用时会受到较多的限制,比如它对原材料及制成的成品性状方面都存在限制。
高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究

姜可茂等:高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究文章编号:1001-9731 (2017)11 -111 53-0411153高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究姜可茂\吴琪琳u(1.纤维材料玫性国處重点实验室1上海201620;2,东华太#材料攀院海201620:)摘要:以核桃壳为生物质原料,K O H作为活化剂,在不同温度下_(7_00:,:._肋:0,.90C r C)_,制.备了低成本、高比表面 积的_核桃壳.基生物质话性炭:。
.通过_S E M研究了活性炭的表面形貌;.利用X R D.、.R a.m a n研究了活性炭的石墨化程 度;通过T%吸附./解吸附研究了活性炭的孔径结构,.囊验结果表明,在肋0 °C.下制备的活性炭A G"3-.SOO,比表面 .表高达2 1.4.9 m V g,平均孔径在1.93 n.ro〇超级电容器在0.5 A/g电流密度下,比电容高达215 E/g.,并且表现出 良好的循环稳定性,说明核桃壳基活性炭是一种良好的超级电容器电极材料。
关键词:核桃壳;活性炭;电极材料;超级电容器中图分类号:T K6文献标识码:.A D O I:10,3 963 /j.issn.1QQ1-9731.2 Q17.11.Q2 70 引言超级电容器叉称电化学电容器•是一种新型的电 化学能量转换和储能器件.具有功率密度大、循环寿命 长、使用温度范围宽、储存密度介于传统电容器与商用 电池之间等特点^]»超级电容器在理论研究与实际 应用中均取得了重大进步,但超级电容器仍面临着能暈密度不足和生产成本高的问题[V1]。
电极材料是超 级电容器的核心部件,对超级电容器性能起童要作用[|。
生物质活性炭.真有导电性好、比表面积大、化学 性质稳定、来源广、价格便宜等优点,.生物质活性炭电 极材料能够有效的提禽超级电容器的能量密度,降低 生产成本,_因此隹_物质活性:炭成为超氧_电容舉电极材 料研究的重点。
氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术

氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术氢是一种非常丰富且清洁的能源源,在氢能利用和储氢技术方面,高表面活性炭吸附储氢技术是一种极具潜力和前景的方法。
本文将以氢能利用和高表面活性炭吸附储氢技术为主题,探讨其原理、特点和应用。
首先,让我们来了解一下氢能利用的重要性和优势。
氢作为一种清洁能源,燃烧产生的只有水,没有污染物,不会对环境产生任何负面影响。
而且,氢能源的储存和传输相对于电能更加简单高效,可以有效解决电能储存问题。
此外,氢在能源转换过程中具有高能效性,可以提供更高的能源转换效率。
因此,氢能被认为是未来能源的重要选择之一。
然而,氢的储存和运输成为了氢能利用的关键挑战之一。
由于氢的高温和高压条件下才能液化,储存和运输过程中需要极高的技术和设备要求。
同时,传统的压缩氢和液化氢储存方式存在着安全隐患和效率低下的问题。
因此,发展高效、安全、可靠的储氢技术对于氢能利用的推广和应用具有重要意义。
高表面活性炭吸附储氢技术是一种基于物理吸附原理的储氢技术。
物理吸附是指气体分子在高表面活性炭材料的表面上相互作用而被吸附的过程。
高表面活性炭材料具有极高比表面积,能够提供大量的表面吸附位置,使得氢气分子能够充分吸附在其表面上。
由于物理吸附是一个可逆过程,因此高表面活性炭吸附储氢技术具有可逆性、可再生性和安全性的特点。
高表面活性炭吸附储氢技术具有很多优势。
首先,高表面活性炭材料具有丰富、廉价和可持续的资源,可以通过简单的制备方法获得。
其次,高表面活性炭材料具有优异的吸附性能,能够在较低的压力和温度条件下实现高密度的氢储存。
例如,一些研究表明,使用优质的高表面活性炭材料能够实现储氢密度超过5 wt%。
此外,高表面活性炭材料还具有良好的热导性能和化学稳定性,能够适应各种工作环境。
高表面活性炭吸附储氢技术在实际应用中具有广泛的前景。
首先,高表面活性炭吸附储氢技术可以应用于储氢设备的制备。
这些储氢设备可以在小型汽车、公共交通工具和工业用气等领域中使用,为这些领域提供清洁、高效的能源解决方案。
储氢材料的原理解析与研究进展

氢是一种清洁的可再生能源。
储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料,在现代及未来的应用十分广泛。
对于储氢材料性质的研究,将会更好地推动我国相关研究领域的进步。
随着近年来我国经济的不断发展,能源消耗也在大幅度增加,化石能源储量减少,并产生一系列的环境问题,所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势,而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。
由于氢能是一种可循环利用的清洁能源,将在我国能源转换中扮演重要角色。
近年来,氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野,被认为是具有发展潜力的新型产业。
目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题,为了解决这一问题,储氢材料正式问世,利用金属络合物储存氢能,其质量百分密度较高且具有一定的可逆性,实现了储氢材料的正式应用,而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。
氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源,是理想化石燃料替代品,而且氢能在燃烧后的生成物只有水,对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。
在氢能的应用体系中,氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。
为了解决这一问题,诞生了储氢材料理念。
目前,有3种主要的储氢方式,分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。
1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术,即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。
该技术的优点在于,其充装释放氢气速度快,技术成熟及成本低。
而其缺点在于:一是对储氢压力容器的耐高压要求较高,商用气瓶设计压力达到20 MPa,一般充压力至15 MPa;二是其体积储氢密度不高,其体积储氢密度一般在18~40 g/L;三是在氢气压缩过程中能耗较大,且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。
2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题,人们提出了液态储氢的概念,低温液态储氢将氢气冷却至-253℃,液化储存于低温绝热液氢罐中,储氢密度可达70.6 kg/m3,体积密度为气态时的845倍。
活性炭纳米材料的制备和性能研究

活性炭纳米材料的制备和性能研究活性炭纳米材料是近年来备受关注的一种新型材料,它具有多孔、高比表面积、较高的化学稳定性等优异性能,被广泛应用于环境治理、能源储存、生物医学和催化等领域。
本文将介绍活性炭纳米材料的制备方法和性能研究成果。
一、活性炭纳米材料的制备方法活性炭纳米材料制备方法众多,其中常见的有溶胶凝胶法、热解法、水热法、碳化法等。
(一)溶胶凝胶法溶胶凝胶法是将预先制备好的溶胶(即稀溶液)在适当的温度下先制得凝胶,再经过干燥和高温煅烧而得到纳米材料的一种方法。
这种方法制备的活性炭纳米材料通常具有高比表面积和孔容的特点。
2006年,德国科学家使用溶胶凝胶法制备了一种纳米活性炭,其比表面积可达到2190 m2/g。
(二)热解法热解法是将含有过量碳源的预体材料经高温处理制备成为活性炭的方法。
热解法制备的活性炭具有较高的比表面积和微孔容积。
2008年,日本科学家使用热解法制备了一种多孔性活性炭材料,其比表面积达到了2725 m2/g。
(三)水热法水热法可以在高压和高温下将前体物质转化为活性炭纳米材料。
与其他方法不同,水热法不需要使用任何催化剂和络合剂,而是利用独特的水热条件来实现纳米活性炭的制备。
2017年,中国科学家使用水热法制备了一种纳米活性炭,其比表面积达到了4275 m2/g。
(四)碳化法碳化法是通过高温炭化含有碳源的材料,制备出具有大量孔隙结构的高比表面积活性炭的方法。
碳化法通常使用廉价原材料,制备的纳米活性炭除了高比表面积和孔容外,还具有良好的电化学性质。
2019年,一项国际合作研究使用碳化法制备了一种双氧水活性炭电极材料,表现出优良的电化学性能。
二、活性炭纳米材料的性能研究活性炭纳米材料的性能研究主要包括孔结构、比表面积、电化学性能等方面。
(一)孔结构和比表面积孔结构和比表面积是活性炭纳米材料最为突出的性能之一,在很大程度上决定了其应用性能。
有研究发现,通过控制活性炭材料的炭化温度和炭化时长,可以有效地调控活性炭纳米材料的孔径和孔容。
高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展

高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展摘要简要分析各种储氢材料和技术的基础上,重点介绍了高比表面积活性炭的制备方法,目前最常用的活化方法是以氢氧化钾为活化剂的化学活化法;并总结了近年来前人在高比表面积活性炭储氢方面的研究结果,同时简要分析了高比表面积活性炭储氢机理方面的研究进展。
关键词储氢材料高比表面积活性炭储氢性能研究进展氢能源以其高效、环保、使用方便等优势引起了人们的普遍关注,世界各国在新型氢能源和储氢材料的研究方面投入了巨大的财力和人力。
目前,除液态储氢和高压储氢外,主要的储氢方法和材料有6种。
(1)Fullerene[60](富勒烯)多氢化合物如C[60]H[18]、CH36的催化分解可以放出氢气,但制备富勒烯多氢化合物方法复杂并且成本较高,目前还不能大规模生产,无法得到广泛的应用。
(2)金属氢化物储氢,其原理是利用氢化物中较高的氢浓度以及氢化物相变的可逆性,在必要时放出储存的氢来加以利用。
如LiH、MgH2、Mg2NiH40、VH2等,这些化合物的储氢含量虽然较高,但是金属储氢的致命缺点是氢不可逆损伤,从而直接影响储氢金属的使用寿命,限制了该方法的使用。
(3)有机液体氢化物储氢,它是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应(即加氢反应和脱氢反应)实现的,加氢反应实现氢的储存,脱氢反应实现氢的释放。
烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作储氢材料,但芳烃特别是单环芳烃作储氢剂最佳。
该法主要的缺点是耗费化石能源。
(4)金属合金储氢,如稀土系、钛系、镁系和锆系合金等。
该法如果得到广泛应用势必消耗大量的金属,同时也耗费大量的矿物资源。
(5)碳纳米管和纳米炭纤维的储氢,属于吸附储存。
目前大多数研制碳纳米管的方法是激光法和电弧法,而这些方法尚处于实验室阶段,还无法进行大规模的工业生产,与目前碳纳米管储氢技术类似的还有纳米纤维的储氢技术。
(6)活性炭的吸附储氢,是利用超高比表面积的活性炭作吸附剂,在中低温(77 K~273 K)、中高压(1 MPa~10 MPa)下的吸附储氢技术。
氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术

氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术【摘要】氢能作为清洁能源之一,具有重要的应用价值。
高表面活性炭作为储氢材料,具有良好的氢吸附性能和稳定性。
本文介绍了氢能的重要性,高表面活性炭的特性,储氢技术的发展历程,高表面活性炭在储氢中的应用以及氢能利用的挑战与解决方案。
未来,氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术将不断发展,为解决能源问题提供更多有效的解决方案。
【关键词】氢能利用、高表面活性炭、吸附储氢技术、重要性、特性、发展历程、应用、挑战、解决方案、未来发展方向。
1. 引言1.1 氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术介绍高表面活性炭具有极大的比表面积和丰富的多孔结构,可以提供更多的吸附位点,有利于储氢。
其物理和化学性质可以通过调控制备条件进行优化,以实现更高的氢吸附容量和吸附热。
随着储氢技术的不断发展,高表面活性炭在储氢中的应用也得到了越来越广泛的关注。
本文将介绍氢能的重要性,高表面活性炭的特性,储氢技术的发展历程,高表面活性炭在储氢中的应用以及氢能利用中所面临的挑战与解决方案。
我们也将探讨氢能利用与高表面活性炭吸附储氢技术未来的发展方向,为推动清洁能源领域的发展做出贡献。
2. 正文2.1 氢能的重要性氢能作为清洁能源之一,在解决能源短缺和环境污染等问题中发挥着重要作用。
氢能的储存密度高、具有清洁性和可再生性,使其成为当前燃料电池车辆等领域的研究热点。
氢能的燃烧产生的唯一副产品是水,不会对环境造成污染,符合可持续发展的要求。
氢能还可以通过电解水等方式来获取,可以充分利用再生能源,推动能源产业的转型升级。
氢能具有潜在的巨大市场和应用前景,对于减缓气候变化、推动清洁能源革命都具有重要意义。
加强氢能技术的研究与应用,促进氢能在能源领域的广泛推广和应用,对于推动全球能源结构调整和可持续发展至关重要。
2.2 高表面活性炭的特性高表面活性炭是一种具有非常大比表面积的多孔材料,其特性主要有以下几点:1. 巨大比表面积:高表面活性炭具有非常大的比表面积,通常可以达到几百到几千平方米每克。
高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展

l — l 酸洗l l — l 活化I 水/ — 干燥I 粉状活性炭l
图 1 化 学 活 化 法 制 备 高 比 表 面 积 活 性 炭 的 工 艺 流 程
化 学 活 化 法 中常 用 的活 化 剂 有 碱 金属 、 土 金 碱 属 的 氢 氧 化 物 , 机 盐 类 以 及 一 些 酸 类 , 中 以 无 其 KOH 作 为活化 剂 制得 的活性 炭性 能 最好 。 KOH 化学 活 化法 制备 高 比表 面 积 活 性 炭 最初 是 由 美 国 AMO O公 司 开 发 的 , 由 An esn C 后 d ro
人们 的普 遍关 注 , 世界 各 国在 新 型 氢 能 源 和储 氢 材
料 的 研 究 方 面 投 入 了 巨 大 的 财 力 和 人 力 。 目前 , 除
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6种 。
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高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展
摘要简要分析各种储氢材料和技术的基础上,重点介绍了高比表面积活性炭的制备方法,目前最常用的活化方法是以氢氧化钾为活化剂的化学活化法;并总结了近年来前人在高比表面积活性炭储氢方面的研究结果,同时简要分析了高比表面积活性炭储氢机理方面的研究进展。
关键词储氢材料高比表面积活性炭储氢性能研究进展
氢能源以其高效、环保、使用方便等优势引起了人们的普遍关注,世界各国在新型氢能源和储氢材料的研究方面投入了巨大的财力和人力。
目前,除液态储氢和高压储氢外,主要的储氢方法和材料有6种。
(1)Fullerene[60](富勒烯)多氢化合物如C[60]H[18]、CH36的催化分解可以放出氢气,但制备富勒烯多氢化合物方法复杂并且成本较高,目前还不能大规模生产,无法得到广泛的应用。
(2)金属氢化物储氢,其原理是利用氢化物中较高的氢浓度以及氢化物相变的可逆性,在必要时放出储存的氢来加以利用。
如LiH、MgH2、Mg2NiH40、VH2等,这些化合物的储氢含量虽然较高,但是金属储氢的致命缺点是氢不可逆损伤,从而直接影响储氢金属的使用寿命,限制了该方法的使用。
(3)有机液体氢化物储氢,它是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应(即加氢反应和脱氢反应)实现的,加氢反应实现氢的储存,脱氢反应实现氢的释放。
烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作储氢材料,但芳烃特别是单环芳烃作储氢剂最佳。
该法主要的缺点是耗费化石能源。
(4)金属合金储氢,如稀土系、钛系、镁系和锆系合金等。
该法如果得到广泛应用势必消耗大量的金属,同时也耗费大量的矿物资源。
(5)碳纳米管和纳米炭纤维的储氢,属于吸附储存。
目前大多数研制碳纳米管的方法是激光法和电弧法,而这些方法尚处于实验室阶段,还无法进行大规模的工业生产,与目前碳纳米管储氢技术类似的还有纳米纤维的储氢技术。
(6)活性炭的吸附储氢,是利用超高比表面积的活性炭作吸附剂,在中低温(77 K~273 K)、中高压(1 MPa~10 MPa)下的吸附储氢技术。
在储氢材料中,活性炭具有储氢量高、吸/脱附速率快、循环使用寿命长和容易实现规模化生产等优点,可显著促进低成本、规模化储氢技术的发展,对未来的能源、交通、环保而言具有非常重要的意义,因此活性炭已成为一种很具潜力和竞争力的炭质吸附储氢材料[1]。
1高比表面积活性炭的制备及活化机理
活性炭是具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能的多孔炭材料,已在溶剂回收、空气净化器、除臭、气体分离、净水、焦糖脱色、电容器和催化剂载体等领域获得了广泛的应用。
而活性炭又有了新的用途——储氢。
1.1 高比表面积活性炭的制备
作为储氢的活性炭,主要是高比表面积活性炭和超级活性炭。
目前制备高比表面积活性炭和超级活性炭的主要方法有化学活化法和化学-物理联合活化法。
1.1.1化学活化法
制备比表面积高的活性炭,化学活化法是比较成熟的工艺,并且已经有规模化生产。
化学活化法因原料不同制备方法各有差异,其典型工艺流程如图1所示。
原料破碎筛分与活化剂混合预活化活化水/酸洗干燥粉状活性炭
化学活化法中常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物,无机盐类以及一些酸类,其中以KOH作为活化剂制得的活性炭性能最好。
KOH化学活化法制备高比表面积活性炭最初是由美国AMOCO公司开发的,后由AndersonDevelopment公司商业化生产,其产品超级活性炭的比表面积大于2500 m2/g;日本关西热化学株式会社用KOH活化石油焦制备出的超级活性炭,其比表面积可达到2800 m2/g~3200 m2/g;而日本音羽利朗用KOH活化椰子壳和石油焦等原料,先在400 ℃下进行脱水处理,然后在600 ℃~800 ℃下活化,均得到比表面积大于3000 m2/g的超级活性炭。
国内在20世纪90年代才开始研究高比表面积活性炭制备的技术。
如刘海燕等[2]以石油焦为原料,采用KOH活化法,在原料粒度为66 μm~100 μm、活化温度800 ℃、活化时间1.5 h和KOH∶石油焦=4∶1时,可制得比表面积为3326 m2/g的高比表面积活性炭;詹亮等[3]以高硫焦为原料,用工业KOH为活化剂,通过正交实验得到制备超级活性炭的最佳工艺条件:活化温度830 ℃、活化时间1.5 h、碱∶炭比6∶1和原料粒度为100 μm~154 μm,所制活性炭的比表面积为3886 m2/g;韩松等[4]以KOH活化石油焦,在活化温度820 ℃~850 ℃、活化时间1 h~2 h,KOH/焦为2~5的条件下得到了比表面积为3000 m2/g的超级活性炭;虞继舜等[5]以煤焦油和煤沥青为原料,经吹气热处理得到改性沥青,用KOH活化法活化改性沥青制备了比表面积分别为2369.3 m2/g和2377 m2/g的高比表面积活性炭;张永刚等[6]研究了煅前、煅后石油焦对活性炭性能的影响,以大港煅前焦制得的活性炭BET比表面积高达3060 m2/g,而以煅后石油焦为原料制得的活性炭比表面积最大仅为1152 m2/g;邢伟等[7]以石油焦为原料,在KOH 活化下得到的活性炭其比表面积最高可达3500 m2/g。
总之,在化学活化法的过程中,活化剂量、活化温度、活化时间、原料性质等因素对产品活性炭的孔结构和性能都有影响。
在制备高比表面积活性炭时要注意控制活性炭的孔径,特别是抑制中孔和大孔的形成,以便达到最佳吸附效果。
1.1.2化学-物理联合活化法
化学-物理联合活化法是将化学活化与物理活化结合起来所采用的活化方法,通常都是先进行化学活化后再进行物理活化的。
如Caturla F[8]等以化学活化后再物理活化可以成功地制备出比表面积达到3000 m2g的超级活性炭。
他们在用氯化锌化学活化桃核壳,比表面积达到1000 m2/g~2000 m2/g后,用二氧化碳进行物理活化,可以进一步创造微孔和扩宽微孔,此法制备的活性炭比表面积最高达到3000 m2/g以上,且基本是微孔,堆密度在0.37 g/mL左右,活性炭产品呈粒状并且耐磨性好。
Molina-Sabio等[9]用磷酸和二氧化碳混合活化木质纤维材料得到了高比表面积的活性炭,其工艺是先用质量分数为68 %~85 %的磷酸在85 ℃下浸泡2 h,然后将浸泡样品在450 ℃下炭化4 h,之后用蒸馏水清洗磷酸活化料,再用二氧化碳在825 ℃下活化,结果获得的粒状微孔活性炭的比表面积达到3700 m2/g以上,孔容达到2.0 mL/g,并且具有可观的堆密度。