泡沫炭的研究进展_肖正浩
泡沫炭及其复合材料的制备研究的开题报告
泡沫炭及其复合材料的制备研究的开题报告一、选题背景及意义随着人们对环境保护意识的增强，要求建筑、交通、航空等领域中使用的材料具有减小污染、降低能耗等特征的要求日益严格。
泡沫炭作为一种新型的环保材料，其结构具有低密度、高孔隙率、大比表面积、吸附性能优良等特点，可广泛应用于催化、吸附、储能等领域。
同时，将泡沫炭与其他材料进行复合，可获得体积稳定、力学性能良好、吸附容量更大的材料。
二、研究内容和目标本文将研究泡沫炭及其复合材料的制备工艺，通过改变制备条件对泡沫炭的孔隙结构及物理化学性质进行调控，探讨制备方法对材料性能的影响；同时，将泡沫炭与其他材料进行复合，并对复合材料进行力学性能及吸附容量等性能分析，提高材料的综合性能。
三、研究方法和技术路线（1）制备泡沫炭：采用模板法、冻胶法等方法制备泡沫炭，并通过改变制备条件如炭化温度、前驱体种类和浓度等对泡沫炭孔隙结构和性能进行调控。
（2）制备泡沫炭复合材料：将泡沫炭与其他材料如聚合物、金属氧化物等进行复合，并通过改变复合比例、制备条件等对复合材料性能进行调控。
（3）对泡沫炭和复合材料进行物理化学性能测试：包括孔隙结构、比表面积、吸附性能、力学性能等测试。
四、预期研究成果（1）制备出孔隙结构稳定、比表面积大、吸附性能优良的泡沫炭；（2）制备出体积稳定、力学性能良好、吸附容量更大的泡沫炭复合材料；（3）对泡沫炭和复合材料的性能进行系统分析，揭示材料性能与制备条件之间的关系，为材料设计和开发提供理论依据。
五、研究进度安排第一年：研究泡沫炭制备工艺，对制备条件进行优化，并对泡沫炭进行物理化学性能测试；第二年：将泡沫炭与其他材料进行复合，制备出具有优良力学性能和吸附能力的复合材料，并对其进行物理化学性能测试；第三年：对泡沫炭和复合材料的性能进行系统分析及论文撰写。
泡沫炭的制备及应用
泡沫炭的制备及应用纪妲;何星【摘要】泡沫炭自出现起就成为炭材料研究中的热点，因具有密度低、耐腐蚀、抗氧化、膨胀系数低、机械性能高、导热系数低等优质性能，使其具有广阔的应用前景。
对于泡沫炭来说，原料、制备过程等均对其结构及性能有着重要影响。
本文以不同前躯体为分类规则，综述了泡沫炭的制备技术，同时概述了泡沫炭在应用方面取得的进展并对目前存在的问题进行总结，以期为泡沫炭将来的应用提供理论参考。
%Carbon foam are the hotspot of carbon material research since it been found, it has wide application prospects for its high-performances such as low density, corrosion resistance, antioxidant, low coefficient of expansion, high mechanical properties and low coefficient of thermal conductivity, etc. For carbon foams, both raw material and preparation could influence its structure and property. Based on different precursors’ classification rule, the preparation methods, the application progress and the existing problems of carbon foam were summarized, hoping to provide theoretical reference for the application of carbon foams.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)007【总页数】4页(P11-14)【关键词】泡沫炭;制备;性能;应用【作者】纪妲;何星【作者单位】上海理工大学材料科学与工程学院，上海 200093;上海理工大学材料科学与工程学院，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TM242泡沫炭是以富碳物质为前驱体，经过发泡、固化、炭化及石墨化等过程得到的一种由孔泡及孔壁组成的三维轻质功能性炭材料，其密度低、耐腐蚀、抗氧化、膨胀系数低、机械性能高、导热系数低等性能可满足不断发展的科学技术对现代新型材料在新领域应用方面的苛刻要求。
三聚氰胺(蜜胺)泡沫炭研究进展
三聚氰胺（蜜胺）泡沫炭的研究进展北京可琳美高新材料有限公司是国内唯一一家进行三聚氰胺（蜜胺）泡沫炭研发的高科技公司。
三聚氰胺泡沫炭是世界上最轻的泡沫炭材料。
三聚氰胺泡沫炭是一种由三聚氰胺孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。
除具有炭材料的常规性能外，三聚氰胺泡沫炭还具有密度特别小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能，通过与其他材料的复合，可以获得高性能的结构材料。
这些优异的性能使三聚氰胺泡沫炭在化工、航空航天、电子等诸多技术领域极具应用潜力。
近年来，三聚氰胺泡沫炭材料的研究得到很大关注，研究内容涉及新改性剂的选择与调变、制备工艺技术的开发和优化、产品的微观结构、材料的力学性能、热性能的揭示和调控以及最佳应用途径的拓展等各个方面。
采用简易的工艺路线、制备性能优异且稳定的三聚氰胺泡沫炭材料是北京可琳美高新材料有限公司研究人员追求的目标。
在国际上，泡沫炭也得到了足够的重视。
1998年，美国橡树岭国家实验室James Klett 等用一种全新的工艺一一自挥发发泡法来制备泡沫炭，该工艺减少了氧化固化步骤，大大的缩短了生产周期，降低了生产成本，由于其潜在的巨大商业和军事价值，其生产工艺专利一经问世就立即被美国国防部收购。
三聚氰胺泡沫炭制备的情况：围绕泡沫炭的制备及应用研究科技工作人员已开展了大量的工作。
最早的泡沫炭是Walter Ford在20世纪60年代初热解热固性酚醛泡沫而制得的，这种泡沫炭具有非常高的开孔率，孔壁呈非石墨化状态，导热率低，表现出优异的绝热性能，可用作高温绝热材料。
北京可琳美高新材料有限公司尝试用三聚氰胺泡沫加工成泡沫炭并取得了一定的进展。
三聚氰胺泡沫经过特殊发泡、氧化固定、高温炭化处理、非石墨化加工后得到刚性结构的泡沫炭，通过控制添加剂的用量和工艺参数等来调节三聚氰胺泡沫炭的孔尺寸和孔结构，可以让此材料的性能多样化，用途更为广泛。
泡沫炭的发展趋势
泡沫炭的发展趋势
泡沫炭是一种由聚丙烯、聚苯乙烯等树脂材料制成的轻质多孔材料。
它具有热隔绝、隔音、阻燃等优点，广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
泡沫炭的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 环保可持续发展：随着环境保护意识的增强，对于可持续发展的材料的需求也在增加。
泡沫炭具有可再生性和可回收性，符合环保要求，因此在未来的发展中将更加受到重视。
2. 新材料和工艺应用：随着科技的进步，新材料和工艺的应用将进一步推动泡沫炭的发展。
例如，在泡沫炭制造过程中引入纳米材料，可以改善其力学性能和耐火性能，提高其应用领域。
此外，新的制造工艺和技术也将有助于生产更高品质、更多样化的泡沫炭产品。
3. 应用拓展：泡沫炭目前主要应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
未来，随着技术的进步和应用需求的增加，泡沫炭的应用领域将进一步拓展。
例如，可以用于制造智能家居产品、电子设备散热材料等。
4. 国际市场竞争加剧：目前，泡沫炭的生产和应用主要集中在一些发达国家和地区。
随着中国等新兴市场的崛起和发展，国际市场竞争将逐渐加剧。
企业需要通过技术创新、品质提升等手段提高产品竞争力。
总的来说，泡沫炭作为一种轻质多孔材料，具有广泛的应用前景。
未来的发展将面临环保可持续发展、技术创新、应用拓展等挑战和机遇。
一种柱状木质素基胶囊泡沫炭及其制备方法和应用
一种柱状木质素基胶囊泡沫炭及其制备方法和应用
柱状木质素基胶囊泡沫炭是一种新型的碳材料，具有较大的比表面积和孔隙结构，具有很高的吸附能力和催化活性。
下面是该材料的制备方法和应用介绍：
制备方法：
1. 获取原料：采集木材，如竹子、木片等。
2. 预处理木材：将木材进行干燥、破碎、筛分等预处理步骤，以得到适合制备胶囊泡沫炭的木质素原料。
3. 提取木质素：通过酸或碱法，将木材中的木质素提取出来。
4. 制备胶囊泡沫炭：将提取的木质素与适当的碳源（如活性炭）混合，加入适量的发泡剂和粘结剂，经过混合、压缩、模具成型、炭化等步骤，制备成柱状木质素基胶囊泡沫炭。
5. 表面改性：可以通过物理或化学方法对制备好的胶囊泡沫炭进行表面改性，以增强其吸附性能或催化活性。
应用：
1. 吸附材料：柱状木质素基胶囊泡沫炭具有较大的比表面积和孔隙结构，可以用作吸附材料，广泛应用于废水处理、空气净化、催化剂载体等领域。
2. 催化剂：由于其特殊的孔隙结构和丰富的活性官能团，柱状木质素基胶囊泡沫炭可作为催化剂用于有机合成、废气处理等领域。
3. 能源材料：柱状木质素基胶囊泡沫炭可以作为电池材料、超级电容器材料等能源材料的载体或催化剂。
这是对柱状木质素基胶囊泡沫炭制备方法和应用的简要介绍，具体的制备工艺和应用领域还需要根据实际需求进行进一步研究和优化。
泡沫炭在环境治理领域应用的研究进展
泡沫炭在环境治理领域应用的研究进展
张浩南;李雪梅;解林坤;李琛;柴希娟
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2022(53)5
【摘要】泡沫炭是一种新型炭素材料,它是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。
相对于传统的多孔材料,泡沫炭因比表面积大、吸附性能优异、结构均匀、热稳定性好、强度高等优点而被用于吸附环境中的各种污染物。
同时,在环境治理领域,泡沫炭还可负载各类功能性催化剂,构建吸附与特定功能间的协同效应,提高环境治理效率。
泡沫炭具有整体式结构,其作为环境治理材
料使用时可表现出良好的可回收性和重复利用性。
综述了近年来泡沫炭作为吸附和载体材料在环境治理领域应用的研究进展,展望了泡沫炭未来的研究方向。
【总页数】7页(P5059-5065)
【作者】张浩南;李雪梅;解林坤;李琛;柴希娟
【作者单位】西南林业大学国家生物质材料国家联合研究中心;西南林业大学化学
工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.航空航天领域的炭／炭密封材料研究进展
2.生物质炭在环境治理领域中的研究应用进展
3.活性炭净化技术在烧结烟气治理领域的应用
4.生物炭的改性方法及其在
环境领域的研究进展5.生物质活性炭制备技术及其在生态环境领域的应用——评《生物质活性炭制备及性能研究》
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煤基泡沫炭制备及其电化学性能影响研究进展
煤基泡沫炭制备及其电化学性能影响研究进展胡迪;李文博;黄澎;刘敏;赵鹏【期刊名称】《煤质技术》【年(卷),期】2024(39)2【摘要】泡沫炭具有比表面积大、孔隙率高、结构可控等特点,使其在超级电容器电极材料领域具有广阔的应用前景,而以煤、煤液化残渣、煤液化沥青、煤焦油沥青等煤系物为原料制备得到的煤基泡沫炭具有较高的导电性且制备工艺简单、原料来源广泛及产品价格低廉,因而可将煤基泡沫炭作为电极材料应用于超级电容器。
基于不同的前驱体材料制备方法也有所区别、制备而得的泡沫炭性能及其应用场景也有差异,需对煤基泡沫炭制备及其电化学性能影响研究进展进行汇总分析。
简介煤基泡沫炭的结构,剖析煤基泡沫炭制备方法中的分离焦化法、混合前驱法、高压渗氮法、限制膨胀法、超临界发泡法、自发泡法、模板法,阐述炭电极材料的比表面积、孔径分布、表面化学基团、石墨化程度对电化学性能的影响机制,为合理调控各影响因素之间关系及得到最佳电化学性能提供一定的参考。
研究表明:较高的有效比表面积有利于煤基泡沫炭的比电容和能量密度,但其超高比表面积主要由微孔贡献,孔径较小的微孔会导致电解质离子和溶剂化离子无法进入孔内且在微孔孔口堆积,影响双电层的有效形成;理想炭电极材料具有三维分层多孔结构,相互连通的微—介—大孔有助于离子扩散和电子转移,发达的孔隙结构有助于提高倍率性能、功率密度和循环寿命;导电性取决于石墨化程度,炭化温度越高则石墨化程度越高、导电性越强,但过高的炭化温度会造成孔泡完整度下降,破坏泡沫炭三维分层孔结构,且使材料表面杂原子、官能团析出,降低材料润湿性及法拉第赝电容,造成比电容大幅下降;杂原子掺杂有助于提高材料润湿性与总比电容、贡献赝电容、调控结构和提升材料循环稳定性及电容保持率,但同时对石墨化程度、比表面积等也会产生不利影响。
炭电极材料的比表面积、孔径分布、表面化学基团、石墨化程度4个因素相互影响与制约,找到合理的平衡点可有效调控其比电容、导电性、循环稳定性、倍率性能、能量密度、功率密度等,但在实际研究中难以兼顾炭电极材料比表面积、孔径分布等4个因素,因此需采用其他方法以实现煤基泡沫炭电化学性能的优化,未来需通过模板复制、物理化学活化、杂原子掺杂、二元/三元复合等手段以实现泡沫炭结构的设计和电化学性能的调控。
模板预处理对泡沫炭结构的影响
第１ ２期
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２０ 年 １ ０８ ２月
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摘 要 ：以 聚 氨 酯泡 沫 为 模 板 ，糠 醇 为 碳 源 ，采 用 模 板 法 制 得 块 状 泡 沫 炭 材 料 。扫 描 电 镜 （ Ｅ ） 观 察 发 现 ：产 ＳＭ
品是 由大 孔组 成 的 、具 有 网状 结 构 的 多 孔 材料 。研 究 了不 同炭 化 终 温 对 产 品形 貌 、残 炭 率 和 体 积 收 缩 率 的 影 响 ； 考 察 了对 模 板 聚 氨酯 泡 沫进 行 Ｎａ ＯＨ 水 解 预 处 理 的条 件 ， 即水 解 时 间 、水 解 温 度 和 碱 液 浓 度 对 模 板 及 产 品 结 构 的影 响 。结 果 表 明 ，模 板 的预 处 理 去 除 了 聚 氨 酯 泡 沫 闭 孔 上 的 隔 膜 ，提 高 了 泡 沫 的浸 渍 能 力 ，制 得 了 具 有 更 高 开 孔 率 、残 炭 率 以及 体 密 度 的产 品 ，说 明 模板 预处 理 是 改 善 产 品结 构 和 性 能 的 有 效 手 段 。 关 键 词 ：泡 沫 炭 ；模 板 法 ；制 备 ；预 处 理
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DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2008.04.004
2008 年第 27 卷第 4 期
化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
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进展与述评
泡沫炭的研究进展
肖正浩 1，周 颖 1，肖 南 1，邱介山 1,2
（1 大连理工大学炭素材料研究室，精细化工国家重点实验室，辽宁 大连 116012；2 大连理工大学，辽宁省微纳 米技术及系统重点实验室，辽宁 大连 116023）
佳应用途径的拓展等各个方面。毫无疑问，基于价 廉易得的初始原料，采用简易的工艺路线、制备性 能优异且稳定的泡沫炭材料是人们追求的终极目标 之一。煤炭储量丰富、价格低廉，利用组成和结构 独特的煤和煤系物来制备具有特定结构和性能的泡
收稿日期：2008–01–07；修改稿日期：2008–02–18。 基金项目：辽宁省杰出青年人才基金（3040009），教育部“新世纪优 秀人才支持计划”项目（NCET-04-0274），国家重点基础研究发展 973 计划（2004CB217603）及国家自然科学基金资助项目（90610003）。 第 一 作 者 简 介 ： 肖 正 浩 （ 1983 — ）， 男 ， 硕 士 研 究 生 。 E – mail xiaobati@。联系人：邱介山，教授，博士生导师，研究方向 为 煤 化 工 和 功 能 碳 素 材 料 。 电 话 0411 – 88993970 ； E – mail jqiu@。
Ford[4]的工作问世后，人们尝试用多种有机聚 合物作为制备原料合成泡沫炭。典型的制备工艺技 术是在聚合物中加入发泡剂及其它添加剂，在高压 下加热聚合物至熔化温度后，逐渐减小压力，在发 泡剂逐渐挥发的同时留下空间，使聚合物体相形成 泡沫结构，经过后续的高温炭化处理后得到刚性结 构的泡沫炭。可以通过控制添加剂的用量和工艺参 数等来调变泡沫炭的孔尺寸和孔结构。Bruneton 等[6] 先将酚醛树脂加热处理制得炭微球，再将炭微球与 黏合剂共混于特定的溶剂中分散均匀，随后除去溶 剂与多余的黏合剂，经炭化处理得到泡沫炭材料。
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化工进展
2008 年第 27 卷
沫炭在国内外倍受关注，有很好的发展潜力。
1 泡沫炭的制备
围绕泡沫炭的制备及应用研究已开展了大量的 工作。最早的泡沫炭是 Walter Ford[4]在 20 世纪 60 年代初热解热固性酚醛泡沫而制得的，这种泡沫炭 具有非常高的开孔率，孔壁呈非石墨化状态，导热 率低，表现出优异的绝热性能，可用作高温绝热材 料。通常，这种泡沫炭又被称作网状玻璃态泡沫炭 （Reticulated vitreous carbon foam）。早期泡沫炭的 制备研究主要是以有机聚合物为原料，受原料性质 的限制，制得的泡沫炭虽然有一定强度，但脆性较 大。为克服这一缺陷，优化材料的力学性能，拓宽 其应用领域，在随后的研究工作中，人们通过不同 的手段来调变泡沫炭材料的结构，包括在制备原料 中添加各种增强剂、优化工艺参数以及尝试使用不同 原料等，以达到改善材料性能的目的。目前大多数的 制备研究工作主要以中间相沥青为原料展开。美国空 军材料实验室[5]在 20 世纪 90 年代初期首次以中间相 沥青为原料，实现了石墨化结构泡沫炭的合成。泡沫 炭的石墨化结构特征使其具有很高的热导率和优异 的力学性能，这进一步扩大了泡沫炭的应用范围。煤 或煤系物作为一种廉价易得的重要原料，已被广泛用 来制备各种炭素材料，据称可能成为一种经济上更加 合理的泡沫炭制备原料，因而正受到越来越多的关 注。泡沫炭的制备及其结构和性能与其所用前体材料 密切相关，从原料的层面，大体上可分为以下几类。 1.1 以有机聚合物为原料
1998 年，美国橡树岭国家实验室 James Klett 等[10－11]以中间相沥青为原料，用一种全新的工艺— —自挥发发泡法来制备泡沫炭。该工艺减少了氧化固 化步骤，大大的缩短了生产周期，降低了生产成本。
第4期
肖正浩等：泡沫炭的研究进展
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由于其潜在的巨大商业价值，其生产工艺专利一经问 世就立即被美国国防部收购。在自挥发法制备泡沫炭 的过程中，首先通入惰性气体并控制其初始压力，然 后开始加热，随着温度的不断升高，沥青逐渐软化， 达到软化点温度后中间相沥青开始变成熔融流体状 态，并发生热分解，热分解产物的挥发在熔融流体中 留下孔泡。随着温度进一步升高，沥青黏度由开始的 降低转为逐步升高，最后固化成形。发泡后的产物直 接炭化、石墨化即可形成中间相沥青基泡沫炭。
利用有机高聚物为原料制得的泡沫炭大多为非 石墨化泡沫炭，其导热系数低，主要用作耐高温的 保温材料、电极材料和催化剂载体。 1.2 以中间相沥青为原料
由于沥青为易石墨化原料，为改善泡沫炭的功 能性，如导热、导电等性能，人们将制备原料的目 光转向了沥青。但沥青的杂质含量高，组分的分子 Байду номын сангаас分布范围宽，一般需要进行热缩聚、加氢和溶剂 萃取等处理，以便富集合理的组分。研究表明，以 中间相沥青为原料制备的泡沫炭可以形成高度有序 的石墨化结构，因而具有良好的导热和导电性能。
我国在泡沫炭领域的制备研究也主要集中在以 中间相沥青为原料，并已取得了良好的进展：如王 成扬等[15]通过改变发泡过程所用模具自由空间的 大小调控生成泡沫炭的孔径；王永刚等[16]研究比较 了不同沥青所制备泡沫炭的结构与性能；郭全贵 等[17]将中间相炭微球与中间相沥青混合后制备得 到具有高抗压强度的泡沫炭；沈曾民等[18]考察了中 间相沥青基泡沫炭作为夹芯复合材料的微波吸收性 能 ； 邱 介 山 等 [19] 研 究 了 在 中 间 相 沥 青 中 添 加 Fe(NO3)3 后制得泡沫炭的孔泡结构，结果表明 Fe 物种的存在有利于提高泡沫炭的石墨化程度。 1.3 以煤和煤系物为原料
以有机聚合物为碳源，采用模板法制备泡沫炭[7]， 能够较好地控制产物泡沫炭的结构和形貌，是近年 来发展起来的一种新的泡沫炭制备方法。首先将有 机聚合物与模板均匀混合，然后在高温下炭化，模 板在高温下分解或用化学方法脱除。Lee Jinwoo 等[8]
采用硅铝酸盐泡沫为模板，以酚醛树脂为原料，将 酚醛树脂填充到模板的孔道内并使之炭化，用化学 方法移去模板后即得到泡沫炭材料。Inagaki 等[9]以 聚氨酯泡沫为模板，将其在聚酰胺酸溶液中浸渍， 取出后进行干燥并加热至 200 ℃后恒温 10 h，聚酰 胺酸在聚氨酯泡沫的孔道内发生酰亚胺化反应形成 聚氨酯泡沫/聚酰亚胺复合物，此复合物在高温炭化 处理时，聚氨酯泡沫分解，聚酰亚胺发生小分子分 解和分子间的缩聚，从而得到泡沫炭。
摘 要：介绍了泡沫炭的基本性质及制备方法：泡沫炭是一种性能优异、用途广泛的新型炭材料；不同的制备原
料和方法所得泡沫炭的结构和性能也有所不同。通常用于制备泡沫炭的原料包括有机聚合物、中间相沥青以及煤
和煤系物。重点阐述了以煤和煤系物作为前体制备泡沫炭的相关工作，综述了泡沫炭的结构、性能及近年来国内
外的研究进展，并对其潜在的应用和发展趋势做了初步总结。
关键词：泡沫炭；制备；性能；应用
中图分类号：TQ127.1+1
文献标识码：A
文章编号：1000–6613（2008）04–0473–06
Present status and prospect of carbon foams
XIAO Zhenghao1，ZHOU Ying1，XIAO Nan1，QIU Jieshan1,2
1992 年，美国空军材料实验室的 Hager[5]首次 采用中间相沥青为原料通过造泡（blowing）技术制 备了泡沫炭，其方法是将中间相沥青在高压下充气 发泡，然后进行预氧化处理，再炭化和石墨化。早 期的发泡方法无论是造泡还是压力释放（pressure release）技术，为了在随后的炭化和石墨化阶段保 持泡沫体的结构，必须对发泡后的泡沫炭生料进行 预氧化处理，这一过程使得制备泡沫炭的工艺变得 复杂、耗时且昂贵。
Technology and System of Liaoning Province，Dalian University of Technology，Dalian 116023，Liaoning，China）
Abstract：Carbon foam，a new type of carbon materials，has drawn much attention across the world. The structures and properties of carbon foams vary greatly in terms of the raw materials used and the preparation methods adopted. In general，organic polymers，mesophase pitch，coal and coal-related materials can be used as the starting materials for the production of carbon foams. This paper reviews the structure，property and new progresses of carbon foams as well as their potential applications and prospect，where the spectacular features of making carbon foams from coal and coal-related precursors are highlighted. Key words：carbon foam；preparation；property；application