生物基活性炭纤维活化机理及应用研究_徐思

活性炭纤维吸附及脱附技术研究

程萍

(常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164）

摘要：活性炭之后出现新一代的吸附材料：活性炭纤维，活性炭纤维的吸附力比颗粒活性炭高几倍到几十倍，吸附的速率也快到近100~1000倍，具有比分布均匀、吸附速度快、杂质少、表面积大、孔径适中、等优点。本文介绍了活性炭纤维的特征意义、制备技术、脱附技术、发展趋势和应用等方面。

关键词：活性炭纤维；制备方法；脱附技术；应用领域

Study on Adsorption and Desorption of Activated Carbon

Fibers

CHENG Ping

(SchoolofEnvironmentalandSafetyEngineering,ChangzhouUniversity,Changzhou 213164,China)

Abstract：Activated carbon fiber is a new generation of adsorbent after activated carbon. Its

adsorption capacity is several to several times higher than that of granular activated carbon and its

adsorption rate is 100-1000 times faster. It has the advantages of large surface area, moderate pore

size, uniform distribution, fast adsorption, Less advantages. In this paper, the characteristics of

activated carbon fiber, preparation technology, desorption technology, development trends and

《生物质基多孔炭材料的孔结构调控及其电容性能研究》

一、引言

随着对可持续发展理念的日益重视和环保型能源储存技术的需求增长，生物质基多孔炭材料因其环境友好、可再生及高比表面积等特性，在电化学储能领域中受到了广泛关注。孔结构作为决定其电容性能的关键因素，对多孔炭材料的电化学性能具有显著影响。本文将针对生物质基多孔炭材料的孔结构调控进行深入探讨，并分析其电容性能的优化。

二、生物质基多孔炭材料的概述

生物质基多孔炭材料以其天然可再生性、成本低廉和环境友好性成为近年来的研究热点。通过特定的碳化处理和活化过程，可以获得具有不同孔径分布和比表面积的多孔炭材料。这些材料在电化学储能领域中，如超级电容器、锂离子电池等，都展现出良好的应用前景。

三、孔结构调控方法

1. 原料选择与预处理：选择合适的生物质原料是制备多孔炭材料的第一步。通过酸洗、碱处理等预处理方法可以改善原料的表面性质，有利于后续的碳化和活化过程。

2. 碳化过程：通过控制碳化温度和时间，可以影响炭材料的基本骨架结构，从而间接影响其孔结构。 3. 活化过程：活化是调控多孔炭材料孔结构的关键步骤。常用的活化方法包括物理活化（如CO2活化）和化学活化（如KOH、ZnCl2等化学试剂活化）。通过选择不同的活化方法和控制活化剂的用量，可以实现对孔径和比表面积的有效调控。

四、孔结构对电容性能的影响

1. 孔径分布：多孔炭材料的电容性能与其孔径分布密切相关。适当的微孔（<2nm）有利于双电层电容的形成，而介孔（2-50nm）和大孔则有利于电解质离子的传输和扩散，提高材料的利用率。

2. 比表面积：比表面积是决定多孔炭材料电化学性能的重要因素之一。较高的比表面积意味着更多的活性位点，有利于提高材料的电容性能。

五、电容性能研究

通过循环伏安法（CV）、恒流充放电测试和电化学阻抗谱（EIS）等电化学测试手段，对生物质基多孔炭材料的电容性能进行评估。实验结果表明，经过合理的孔结构调控，多孔炭材料展现出优异的电容性能和良好的循环稳定性。此外，通过与其他类型的电极材料进行对比，证明了生物质基多孔炭材料在电化学储能领域的优越性。

生物炭的制备及其应用研究

生物炭是一种炭素材料，通过将复杂的有机物在高温条件下分解而得到。它与传统的木炭相比，具有更大的比表面积和吸附能力，更广泛的应用领域。本文将介绍生物炭的制备方法和应用研究。

一、生物炭的制备方法

生物炭的制备方法可以分为两类：热解和氧化。其中，热解法是将生物质在缺氧条件下加热而得到的生物炭；氧化法则是将生物质在氧气存在下加热，将生物质的有机物氧化成生物炭。

1. 热解法

热解法是目前制备生物炭的主要方法之一。其基本步骤是：

（1）选择原材料。生物炭的原材料可以是各种生物质，如木材、秸秆、稻草、麦秸等。

（2）破碎和筛选。原材料必须先经过破碎和筛选处理，以去除杂质。

（3）炭化。将处理好的原材料放入炭化炉中，进行缺氧加热。温度和时间的选择对最终产物的质量有重要影响。

（4）冷却和筛分。缺氧加热后的产物需要冷却和筛分，以得到具有一定粒径分布的生物炭。

2. 氧化法

氧化法是将生物质在氧气存在下进行热解，将生物质的有机物氧化成生物炭。其主要步骤包括：

（1）选择原材料。与热解法不同，氧化法的原材料需要是均质的粉末状态，以便于氧化反应。（2）预处理。预处理可以包括干燥、研磨和筛分等步骤，以确保原材料的均一性和稳定性。

（3）氧化反应。将原材料置于氧化炉中，在一定的温度下进行氧化反应。温度过高会导致生物炭的烧结，温度过低则会导致反应速率缓慢。

（4）冷却和处理。氧化反应结束后，需要将产物冷却并进行处理，以得到具有一定粒径分布的生物炭。

二、生物炭的应用研究

生物炭具有广泛的应用领域，以下是其中的几个方面。

1. 土壤改良

生物炭可以作为土壤改良剂使用，其优点主要体现在以下几个方面：

（1）增加土壤通气性。生物炭的孔隙结构可以增加土壤的孔隙度和通气性，有利于植物根系的生长。

（2）提高土壤保水能力。生物炭可以吸附水分，缓解土壤干旱和涝灾害。

（3）改善土壤肥力。生物炭本身就是一种有效的肥料，可以提高土壤的养分含量，并能长期保持持久性。

热解自活化法制备生物质基微孔型活性炭

文章编号:摇1007鄄8827(2017)05鄄0451鄄09

热解自活化法制备生物质基微孔型活性炭

孙摇康1,2,摇冷昌宇1,摇蒋剑春1,2,摇卜摇权3,摇林冠峰4,摇卢辛成1,摇朱光真1(1.中国林业科学研究院林产化学工业研究所,江苏南京210042;2.中国林业科学研究院林业新技术研究所,北京100091;3.江苏大学农业装备工程学院,江苏大学,江苏镇江212013;4.福建农林大学金山学院,福建福州350002)

摘摇要:摇提出热解自活化制备生物质基活性炭的新方法,制备过程不添加任何活化剂。将生物质原料置于可密闭反应器,在高温高压条件下进行热解自活化反应。结果表明,椰子壳是热解自活化制备微孔型活性炭的最佳原料,选择活化温度900益并保持6h,制备出了具有网络状发达微孔结构的活性炭,微孔率高达87.8%,比表面积1194.4m2/g,总孔容积0.528cm3/g,碘吸附值1280mg/g,亚甲基蓝吸附值315mg/g。同时,作为电化学储能电极材料,比电容可达258F/g,而且阻抗小,3000次充电循环后比电容仍能保持97.2%。热解自活化机理研究表明,生物质热解过程中产生的水蒸气、二氧化碳和反应器内的空气形成了良好的活化气氛,密闭反应器内形成的自生压力促进了水蒸气/二氧化碳与固体炭的活化反应速度,明显提高了微孔率。为了验证热解自活化法对其他生物质原料的适用性,还选择了杏核、核桃壳和松木屑作为原料进行热解自活化实验,并制得了高吸附力的活性炭样品。因此,热解自活化是一种无污染、清洁方便、产品得率高的新型活化方法,可产生良好的经济和环境效益。关键词:摇生物质;微孔活性炭;热解自活化;电极材料;机理分析中图分类号:摇TQ127.1+1文献标识码:摇A基金项目:林业公益性行业专项(201404610);国家自然基金(31400510).通讯作者:蒋剑春,研究员.E鄄mail:bio鄄energy@作者简介:孙摇康,博士,副研究员.E鄄mail:sunkang0226@Microporousactivatedcarbonsfromcoconutshellsproducedbyself鄄activationusingthepyrolysisgasesproducedfromthem,thathaveanexcellentelectricdoublelayerperformance

生物质活性炭的制备及其性能的研究

姜威，等：生物质活性炭的制备及其性能的研究　资源·环境　

生物质活性炭的制备及其性能的研究　

姜威，王丹丹，胡官营，田成斌，朱宇婷　

（沈阳工学院，辽宁抚顺１１３１２２）　

【摘要】实验以农业秸秆为原料，通过对秸秆先活化后炭化制备了一种高效、环保、低成本的吸附剂一生物质活性炭。　

主要对活化剂进行了选择并考察了料液比、炭化温度、活化时间等因素对印染废水吸附效果的影响。结果表明，用０．２ｍｏｌ／　

ｌ的结晶硫酸镁溶液（分析纯）作为活化剂时，在料液比为１：３．３，活化时间为３ｈ，炭化温度在４００￣Ｃ的制备条件下制得　的吸附剂活性炭吸附效果最好，此时对印染废水的吸附率可达９８．６８％。　

【关键词】农业秸秆；结晶硫酸镁；吸附　

【中图分类号】ＴＱ４２４．１　【文献标识码】Ａ　

引言　

中国是一个农业大国，秸秆资源特别丰富，由此带来的秸　

秆污染问题也特别严重。随着工业上活性炭用量的逐渐增大，　

运用秸秆制得活性炭成为秸秆利用的主要研究方向。活性炭作　为一种具有显著吸附Ｉ陛能、巨大比表面积、发达空隙结构和稳　

定的化学性质的吸附材料广泛应用于污废水处理。但直接采用　

秸秆制得的活性炭作为吸附剂处理印染废水的吸附效果并不明　

显。据资料显示，采用先活化后炭化的方法制得的生物质活性　

炭可以提高活性炭的吸附效果。因此，本实验通过对秸秆进行　

改性，制备出秸秆生物质活性炭，并考察了其对亚甲基蓝染料　

废水的吸附效果的影响。　

１　实验仪器与试剂　

（１）原料：农业秸秆　

（２）主要仪器：ＦＡ２１０４型电子天平、ＵＶ１９０１ＰＣ型紫外　

可见分光光度计、ｓ２．５—１２型箱式电阻炉、ＰＨＳ一３Ｅ型ＤＨ计、　

１０１—２Ａ型电热鼓风干燥箱、ＳＨＡ＿—Ｃ型水浴恒温振荡器、粉碎　

机。　

（３）试剂：氯化锌固体、结晶硫酸镁（分析纯）、亚甲基蓝。　

２　实验方法　

２．１　吸附剂制备工艺　

本实验采用先活化后炭化的方法制备生物质活性炭。将活　

化剂与农业秸秆按照料液比为ｌ：３－３的比例混合，浸渍３ｈ使　

生物活性炭技术在水处理中的研究与应用进展

摘要：介绍了生物活性炭技术的原理、生物再生机理以及形成方法、间歇期保存方法和微生物泄漏控制措施。认为今后的主要研究内容包括活性炭的生物再生机理，建立污染物去除的吸附、解吸、生物降解、传质等过程的数学模型，活性炭自身的材质、孔径分布、表面性状以及吸附能力对生物膜的形成、有机物去除效果的影响，以及生物膜厚度的控制措施等。

关键词：生物活性炭；水处理；微污染水源水；工业废水；生活污水

引言：生物活性炭（BAC）这一概念于1978年由美国学者MILLER和瑞士学者RICE提出。但早在20世纪60年代，欧洲的一些国家就开始利用此技术进行废水的深度处理，我国对BAC技术的研究与应用也有30余年，技术已相对成熟，被广泛运用于微污染原水、工业废水和生活污水的处理过程中，取得了令人满意的处理效果。本文介绍BAC技术的主要应用领域，详细叙述了BAC法在饮用水，生活污水和工业废水等废水处理中的研究与应用进展，并指出该技术存在问题以及未来的研究方向，以期为BAC技术的研究与应用提供一定的参考价值。

1.BAC技术的主要应用领域

1.1用于饮用水处理

饮用水在进入城市污水管网之前一般需要进行消毒处理,而消毒后的副产物(DBPs)、三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)等对人体有较强的毒害作用,采取有效工艺降低饮用水中DBPs浓度成为目前研究的热点之一。T.Ramn等运用基于紫外-过氧化氢的预氧化法(AOP),结合生物活性炭技术处理饮用水中的DBPs、TOC和UV254,与未经处理的原水相比,这3种污染物质的浓度分别减少了43%、52%和59%,去除效果明显。刘军等实验证明,臭氧-活性炭工艺是去除饮用水中微量邻苯二甲酸酯的有效方法。2002年10月上海杨树浦水厂和南市水厂,采用BAC技术处理原水,各项出水指标均达到了国际先进水平。

生物炭的制备、改性及其在环境修复中应用的研究进展

化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2020年第39卷第S2期

生物炭的制备、改性及其在环境修复中应用的研究进展

王申宛1，2，郑晓燕1，3，校导1，3，郑丽丽1，3，杨旸1，3，艾斌凌1，3，钟爽1，3，盛占武1，3

（1中国热带农业科学院海口实验站，海南海口571101；2海南大学食品科学与工程学院，海南海口570228；3海口市香蕉生物学重点实验室，海南海口571102）

摘要：介绍了生物炭的制备、改性及表征，尤其是在环境修复中的应用。阐述了生物炭常用的制备方法包括热解

法、气化法和水热碳化法，指出生物炭的制备原料和条件决定了生物炭的吸附性能。为了提高生物炭的吸附性

能，常通过酸、碱、氧化剂、金属氧化物、有机化合物、紫外辐射、等离子体、复合材料、蒸汽及气体吹扫等方

式对其进行改性处理，而改性方法的选择主要取决于应用的环境领域。虽然生物炭已在土壤修复及改良、固碳、

有机固废堆肥、废水净化及大气污染治理等领域取得了良好的效果，但是生物炭的固碳效果还需要在不同土壤条

件进一步验证，生物炭提高土壤质量的原因还需要进一步研究，生物炭去除土壤中有机污染物的作用机理也有待

进一步探明。此外，利用生物炭进行环境修复时，应注意生物炭的稳定性问题，以免造成二次污染。综上所述，

生物炭在环境修复中具有广阔的应用前景，但也存在一些问题和挑战需要解决。

关键词：生物炭；表征；改性；吸附；环境修复

中图分类号：S-3文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）S2-0352-10

Researchprogressofproduction,modificationandapplicationin

environmentremediationofbiochar

WANGShenwan1，2，ZHENGXiaoyan1，3，XIAODao1，3，ZHENGLili1，3，YANGYang1，3，AIBinling1，3，ZHONGShuang1，3，SHENGZhanwu1，3

生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展

化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2020年第39卷第4期

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展

唐正1，赵松2，钱雅洁1，薛罡1，贾汉忠2，高品1

（1东华大学环境科学与工程学院，上海201620；2西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100）

摘要：持久性自由基（PFRs）因其持续反应活性和潜在毒性而日益受到广泛关注。生物炭在高温热解和水热碳

化制备过程中会产生PFRs，并可转化形成活性氧物质，从而促进环境污染物的氧化还原转化和降解，同时也产

生潜在的环境健康风险。本文综述了生物炭PFRs的国内外研究进展，归纳了PFRs在生物炭制备过程中的形成和

转化机制，总结了生物炭PFRs生成ROS降解有机污染物、光诱导氧化降解有机污染物、重金属氧化还原转化等

方面的环境应用研究现状，初步探讨了生物炭PFRs的毒性效应，并对今后的研究发展方向提出了展望，以期为

生物炭PFRs的进一步环境应用提供方向和依据。

关键词：生物炭；持久性自由基；高温热解；水热碳化；活性氧物质

中图分类号：X50文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）04-1521-07

Formationmechanismsandenvironmentalapplicationsofpersistentfree

radicalsinbiochar:areview

TANGZheng1，ZHAOSong2，QIANYajie1，XUEGang1，JIAHanzhong2，GAOPin1

(1CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China;2CollegeofNatural

ResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,Shaanxi,China)

活性炭纤维研究与应用进展_程祥珍

第21卷　第2期Vol121　No12材　料　科　学　与　工　程　学　报JournalofMaterialsScience&Engineering总第82期Apr.2003

文章编号:10042793X(2003)0220283206

收稿日期:2002208211;修订日期:2002210223作者简介:程祥珍(1977-),女,国防科技大学航天与材料工程学院博士生,现从事高性能SiC纤维研究.活性炭纤维研究与应用进展

程祥珍,肖加余,谢征芳,宋永才(国防科技大学航天与材料工程学院CFC重点实验室,湖南长沙　410073)

【摘　要】　活性炭纤维(ACF)是由有机纤维先驱体制得的一种理想的高效吸附材料。ACF以其特殊的表面化学结构和物理吸附特性广泛应用于环境保护、电子工业、化工、医疗卫生、低成本SiC纤维制备等领域。本文就ACF的结构与吸附特性、制备与应用等做了较系统的综述,并对其发展趋势做出了展望。【关键词】　活性炭纤维;制备;结构;吸附特性;应用中图分类号:TQ342+174 文献标识码:A

ResearchandApplicationProgressofActivatedCarbonFiber

CHENGXiang2zhen,XIAOJia2yu,XIEZheng2fang,SONGYong2cai(CollegeofAerospace&MaterialsEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha　410073,China)

【Abstract】　Ashigheffectiveidealadsorbents,activatedcarbonfibers(ACF)arepreparedfromtheprecursorsofsomeorganicfibers.Duetothespecialsurfacestructureandadsorptionproperties,ACFarewidelyusedinthefieldssuchasenvironmentalprotection,electronicindustry,medicaltreatment,chemicalengineering,andlow2costSiCfiber.Themicrostructures,adsorptionproperties,preparationmethods,andapplicationsofactivatedcarbonfibersarebrieflyreviewed.Meanwhile,thenextresearchobjectiveisprospected.【Keywords】　activatedcarbonfiber;preparation;structure;adsorptionproperties;application

219385433_铁基生物炭活化过硫酸盐处理有机废水的研究进展

DOI：10.19965/ki.iwt.2022-0491第 43 卷第 6 期2023年 6 月Vol.43 No.6Jun.，2023 工业水处理Industrial Water Treatment

22铁基生物炭活化过硫酸盐处理有机废水的研究进展张洪涛1，刘涛2，杨宗建3，蔡书涵1，王振昌1，陈鹏1，胡志军1，张欣1，2，4（1.浙江科技学院环境与资源学院，浙江杭州 310023；2.浙江山鹰纸业有限公司，浙江嘉兴 314305；3.浙江金昌特种纸股份有限公司，浙江龙游 324404；4.东北石油大学，黑龙江大庆 163318）[ 摘要 ] 环境中富集的各种有机污染物对生态系统和人体健康存在较大威胁。近年来，基于过硫酸盐（PS）的高级氧化技术（AOPs）因操作简单、成本较低且氧化还原能力强，在高效降解有机污染物方面展现出巨大潜力。铁基生物炭（Fe-biochar）由于具有吸附和催化的双重优势，在活化PS降解有机污染物领域得到了广泛应用。简述了Fe-biochar复合材料的制备方法，介绍了Fe-biochar活化PS过程的影响因素，分析了污染物降解过程中存在的反应机制。Fe-biochar不仅可以通过吸附作用去除污染物，还可以通过高效的电子转移来介导Fe-biochar/PS体系中自由基途径和非自由基途径对污染物进行降解。同时，对Fe-biochar的重复利用性和稳定性进行了讨论，提出了几种Fe-biochar高效再生的方法。最后对Fe-biochar用于活化PS降解有机污染物的实际应用进行了展望，以期为难降解有机污染物处理及生物质高值化利用提供参考。［关键词］过硫酸盐；铁基生物炭；自由基；非自由基［中图分类号］ X703 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2023）06-0022-10Research progress on the treatment of organic wastewater by iron-based biochar activated persulfateZHANG Hongtao1，LIU Tao2，YANG Zongjian3，CAI Shuhan1，WANG Zhenchang1，CHEN Peng1，HU Zhijun1，ZHANG Xin1，2，4（1.School of Environmental and Natural Resources，Zhejiang University of Science and Technology，Hangzhou 310023，China；2.Zhejiang Shanying Paper Co.， Ltd.， Jiaxing 314305，China；3.Zhejiang Jinchang Specialty Paper Co.， Ltd.， Longyou 324404，China；4.Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）Abstract：Various organic pollutants in the environment pose a great threat to ecosystem and human health. In re⁃cent years，advanced oxidation processes（AOPs） based on persulfate（PS） have shown great potential in the effi⁃cient removal of organic pollutants due to simple operation，low cost and high redox efficiency. Iron-based biochar（Fe-biochar），which has the dual advantages of adsorption and catalysis，has been widely used in the field of acti⁃vating PS to degrade organic pollutants. The preparation method of Fe-biochar was summarized firstly. Various in⁃fluencing factors in the Fe-biochar/PS process were introduced. The catalytic mechanism in the Fe-biochar/PS pro⁃cess was described on the point of adsorption，radical pathway，and non-radical pathway. In addition，the stability and reusability of Fe-biochar catalyst were discussed，and two efficient regeneration methods were put forward. Fi⁃nally，the practical application of Fe-biochar as the catalyst for activating PS was prospected. It hopes to provide ref⁃erence for degradation of refractory organic pollutants and high-valued utilization of biomass.Key words：persulfate；iron-based biochar；free radicals；non-free radicals［基金项目］浙江省自然科学基金项目（LY21C160004）；浙江省科技厅省级重点研发计划项目（2021C02031