新型生物质碳材料的研究进展
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
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一、引言随着人口的增加和工业化的进步，废水的排放和有机污染物的含量也呈现出快速增长的趋势。
有机污染物对人类健康和环境造成了严重的威胁，因此寻找高效、低成本的污染物去除技术是当务之急。
生物质炭作为一种新兴的材料，其制备方法、功能改性及在有机污染物去除方面的研究引起了广泛关注。
二、生物质炭的制备方法生物质炭是指通过热解生物质材料制备得到的炭材料，其主要来源包括农林废弃物、食品加工废弃物、城市固体废弃物等。
生物质炭的制备方法有物理法、化学法和生物质质炭的制备方法有物理法、化学法和生物法。
物理法包括干燥、碳化等步骤，化学法主要通过化学浸渍、热解等过程制备，生物法则是通过微生物的作用将生物质材料转化为生物质炭。
三、生物质炭的功能改性为了增强生物质炭的吸附性能和稳定性，研究人员对生物质炭进行了功能改性。
常见的改性方法包括活化、氧化、改性剂浸渍等。
活化是一种常用的改性方法，通过活化剂对生物质炭表面进行处理，可以增大生物质炭的孔隙结构，提高吸附容量。
氧化则是通过物理或化学方法引入一些含氧官能团，提高生物质炭对有机污染物的亲和力。
改性剂浸渍则是将一些具有特定功能的物质浸渍到生物质炭中，如金属氧化物、复合材料等。
四、生物质炭在废水处理中的应用生物质炭在废水处理中的应用主要体现在有机污染物去除方面。
生物质炭具有孔隙结构丰富、比表面积大的特点，使其具有良好的吸附性能。
研究表明，生物质炭对废水中的有机污染物具有高效、快速的去除能力。
生物质炭的孔隙结构和表面官能团可以与有机污染物发生吸附或化学反应，从而将其从废水中去除。
五、生物质炭在有机污染物去除中的机制生物质炭对有机污染物的去除机制包括吸附、化学反应和生物降解。
吸附是生物质炭与有机污染物之间的物理过程，主要依靠其孔隙结构和表面官能团吸附有机污染物。
化学反应则是生物质炭的表面官能团与有机污染物发生化学反应，形成新的化合物，从而将其去除。
生物质炭去除水中重金属Pb(Ⅱ)的研究进展
生物质炭去除水中重金属Pb(Ⅱ)的研究进展生物质炭去除水中重金属Pb(Ⅱ)的研究进展摘要：随着工业化进程的加快和人类活动的增加，水体中重金属污染日益严重。
其中，铅（Pb）作为一种常见的重金属污染物，对人类健康和环境造成了严重危害。
传统的水处理方法对于Pb的去除并不十分有效，且操作成本较高。
而生物质炭作为一种环境友好的材料，具有良好的吸附性能和可再生性。
本文综述了近年来生物质炭在去除水中重金属Pb(Ⅱ)方面的研究进展，包括其制备方法、吸附机理以及影响因素等方面的内容。
引言水是人类生活的重要资源，而重金属污染对水体的安全造成了严重威胁。
其中，铅是一种常见的水体重金属污染物，主要来自工业废水、冶炼尾矿、农药残留等。
铅在水体中的寿命较长，且具有高度的毒性，对人类健康和生态系统造成了严重的危害。
因此，高效去除水中的铅成为一项迫切需要解决的问题。
生物质炭的制备方法生物质炭是由生物质原料在高温无氧环境下炭化而成的一种材料。
生物质炭的制备方法多种多样，包括热解炭化法、活化法等。
其中，热解炭化法是将生物质原料在高温下进行干燥和炭化得到生物质炭。
而活化法是在炭化的基础上，利用化学活化或物理活化改善生物质炭的孔结构和表面性质。
生物质炭的吸附机理生物质炭作为一种吸附剂可以通过物理吸附和化学吸附两种机制去除水中的重金属。
物理吸附是指重金属以一种吸附剂与毒物物质之间的非化学键结合。
化学吸附是指重金属通过共价键形成化学键与吸附剂结合。
生物质炭具有丰富的孔结构和亲水性表面，提供了良好的吸附位点和吸附能力，从而使其对于重金属离子具有较高的吸附效果。
影响生物质炭吸附性能的因素生物质炭的吸附性能受到多种因素的影响，包括生物质原料、炭化温度、活化方法等。
生物质原料的不同会影响生物质炭的孔结构和表面性质，进而影响吸附性能。
而炭化温度的高低会影响生物质炭的石墨化程度和孔隙结构，进而影响吸附性能。
活化方法的不同会改变生物质炭的孔结构和表面性质，进而影响吸附性能。
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一、引言随着工业化进程的不断加速，废水中的有机污染物成为环境污染的主要源头之一。
有机污染物对自然环境和人体健康产生了严重威胁，因此，寻找高效、经济和环保的废水处理方法显得至关重要。
生物质炭作为一种可再生的吸附材料，近年来在去除废水中的有机污染物方面受到了广泛关注。
本文将从生物质炭的制备方法、功能改性以及在去除废水中有机污染物方面的研究进展进行综述和分析。
二、生物质炭的制备方法生物质炭的制备方法主要包括物理炭化法和化学炭化法两种。
物理炭化法是将生物质原料在高温下进行干燥、热解和炭化，如热解炭化、氧化炭化、催化炭化等。
化学炭化法则通过化学处理改变原料的结构，如酸活化法、碱活化法、氧活化法等。
不同的制备方法可以调控生物质炭的孔结构、比表面积和功能基团含量，从而影响其吸附性能和去除废水中有机污染物的效果。
三、生物质炭的功能改性为了提高生物质炭的吸附性能和去除废水中有机污染物的效果，研究人员进行了各种功能改性，包括物理改性、化学修饰和复合材料制备等。
物理改性主要通过改变生物质炭的孔结构和表面性质来提高其吸附性能，如孔径调控、焙烧和石墨化等。
化学修饰主要通过引入功能基团和有机修饰来增加生物质炭的亲水性和吸附性能，如酸碱改性、氧化改性和表面修饰等。
复合材料制备则通过将生物质炭与其他材料结合来提高其吸附能力和稳定性，如聚合物复合、金属氧化物复合和纳米材料包覆等。
四、生物质炭在去除废水中有机污染物方面的研究进展生物质炭在去除废水中有机污染物方面的研究主要包括吸附去除、催化氧化和生物吸附等方法。
吸附去除是最常见和有效的废水处理方法，生物质炭具有较高的比表面积和丰富的孔结构，能够高效吸附废水中的有机污染物。
催化氧化方法则是通过引入催化剂或光催化剂来增强生物质炭的氧化性能，从而使有机污染物更易被氧化降解。
生物吸附利用生物质炭的亲水性和亲菌性来吸附废水中的有机污染物，同时生物膜中的微生物也可以参与有害物质的降解和转化。
生物炭制备方法及其应用的研究进展
生物炭制备方法及其应用的研究进展生物炭制备方法及其应用的研究进展引言：生物炭是一种通过高温无氧热解生物质制得的碳质副产品，其具有高孔隙度、大比表面积和孔径可调等特点。
因此，生物炭在农业、环境保护和能源等领域具有广泛的应用前景。
本文将综述生物炭制备方法及其在农业、环境保护和能源利用方面的研究进展。
一、生物炭的制备方法目前，生物炭的制备方法主要包括热解和气化两种。
1. 热解法热解法是将生物质放置在封闭的容器中进行高温无氧热解，从而生成生物炭。
热解法主要分为固体热解和液体热解两种方法。
固体热解法的步骤包括颗粒处理、真空干燥、缩小颗粒尺寸、热解和冷却等。
常用的固体热解设备有木屑炭化炉、橡胶炭化炉和稻壳炭化炉等。
液体热解法主要是在有机溶剂中对生物质进行热解。
具体步骤包括溶解生物质、热解和产出生物炭。
常用的液体热解方法有溶剂溶解法、水蒸气热解法和微波热解法等。
2. 气化法气化法是将生物质在高温下与气体反应，产生可燃气体和生物炭。
气化法主要分为固体气化和液体气化两种方法。
固体气化是将固体生物质与气体（如氢气、氧气等）或蒸汽进行反应。
常用的固体气化设备有气流气化炉、床式气化炉和流化床气化炉等。
液体气化是将生物质与液体（如超临界水、液氨等）反应，产生气体和生物炭。
液体气化法主要有湿法气化和超临界流化床气化等方法。
二、生物炭在农业中的应用1. 土壤改良剂生物炭具有多孔性和高比表面积，能够增加土壤的保水性和通气性，改善土壤结构。
此外，生物炭中的微量元素和有机质有助于植物生长和养分吸收。
因此，生物炭被广泛应用于土壤修复、农作物生产和园艺种植等领域。
2. 肥料添加剂生物炭可以与肥料混合使用，提高肥料的利用率和吸附性能。
生物炭能够吸附肥料中的养分，延缓养分释放速度，并减少养分流失。
此外，生物炭还能调节土壤pH值，提高土壤酸碱性，改善肥料的利用效果。
三、生物炭在环境保护中的应用1. 污水处理剂生物炭具有吸附性能，能够有效去除废水中的有机物、重金属和氮磷等污染物。
生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展
生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展一、概述生物炭，一种由生物质在缺氧或完全缺氧的条件下经高温热解产生的富含碳素的固态物质，近年来在环境、农业、能源等多个领域引起了广泛关注。
其独特的物化特性，如高孔隙度、大比表面积和优异的吸附性能，使得生物炭在土壤改良、污水处理、大气净化、能源储存等方面展现出巨大的应用潜力。
随着对生物炭研究的深入，改性生物炭的概念也应运而生。
改性生物炭是在原始生物炭的基础上，通过物理、化学或生物等手段，进一步优化其性能，拓宽其应用领域。
本文旨在综述生物炭及其改性产物的制备方法，以及它们在农业、环境保护、能源储存和材料科学等领域的应用研究进展，以期为生物炭的进一步开发利用提供科学依据。
1. 生物炭与改性生物炭的定义与特性生物炭（Biochar）是一种由生物质在缺氧或低氧条件下经过热解或气化等热转化过程生成的炭化材料。
它具有丰富的孔隙结构和优良的吸附性能，是一种重要的环境材料和能源载体。
生物炭的主要成分是碳，除此之外还含有氢和氧等元素，这些元素的含量取决于热裂解方法和炭化最终温度，而与原料类型关系不大。
随着炭化温度的升高，生物炭中碳元素的含量增加，而氢和氧的含量则相应降低。
改性生物炭则是在生物炭的基础上，通过物理、化学或生物方法进行改性处理，以进一步改善其吸附性能、提高其对特定污染物的去除能力或赋予其新的功能特性。
改性生物炭的制备方法多种多样，包括酸处理、氧化处理、还原处理、热处理、负载金属或纳米颗粒等。
生物炭及改性生物炭具有多种优良特性，如高比表面积、丰富的孔隙结构、良好的吸附性能、稳定性强、环境友好等。
这些特性使得生物炭及改性生物炭在农业、环保、能源等领域具有广泛的应用前景。
例如，在农业领域，生物炭可以用于土壤改良，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长在环保领域，生物炭及改性生物炭可以用于污水处理、废气处理、固废处理等，有效去除污染物，提高环境质量在能源领域，生物炭可以作为可再生能源的载体，用于生产生物燃气、生物油等。
新型生物质碳材料的研究进展
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。
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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。