工艺参数对天然沸石模板多孔炭结构的影响

以内蒙古赤峰市的天然沸石矿为模板，以蔗糖为炭的前驱体，制备了具有较窄中孔孔径分布的模板多孔炭。利用SEM、XRD及N2吸附等方法对模板炭进行了表征。采用BJH法分析了模板炭的孔径分布特征。研究了制备工艺中催化剂H2SO4的用量和炭化温度对所得模板多孔炭结构的影响。结果表明，硫酸用置和炭化温度对模板多孔炭的表面形貌、微晶结构和孔结构都有一定的影响。催化剂H2SO4用置过多时模板炭表面结构粗糙、致密，杂质较多，比表面积和总孔容较小；炭化温度越高，模板炭的结构收缩越严重，总孔容和中孔孔容越大，中孔率越高。     

具有多级孔道结构的高比表面多孔炭活化策略及VOCs吸附性能

以废弃榛壳为前体,采用不同活化策略制备多孔炭,探究活化策略和活化温度对多孔炭挥发性有机化合物（VOCs）吸附性能的影响,以及多孔炭的结构、表面性质与VOCs吸附性能的构效关系。结果表明,H₃PO₄法制备的多孔炭介孔体积大,且炭结构缺陷较少,吸附位点较少; KOH法获得的微孔体积较大,孔径集中在0.5~0.7nm的微孔,不利于VOCs分子吸附位点的有效利用。H₃PO₄-KOH分步法在850℃下制备具有高比表面积,孔径集中在0.5~1nm的宽微介孔分布,且炭结构高度无序并含有丰富缺陷位的多孔炭,为VOCs吸附提供了充足的吸附位点并提高了吸附位点了利用率,相比于H₃PO₄与KOH活化法制备的多孔炭的VOCs饱和吸附量显著提升,特别是对于弱极性VOCs。另外,H₃PO₄-KOH分步法制备的多孔炭表面官能团含量较低,极性较低,对非极性VOCs的吸附量远大于极性VOCs。因此,H₃PO₄-KOH分步活化策略是制备具有高比表面积、高VOCs吸附性能多孔炭的最优策略与方案。     

偏氯乙烯聚合物基多孔炭的制备及应用研究进展

叙述了以偏氯乙烯聚合物为碳源,通过高温直接炭化制备微孔为主的多孔炭,及炭化、催化活化和模板法制备中孔-微孔复合多孔炭的研究进展,归纳了影响2种新型多孔炭制备过程中炭材料孔隙的主要因素.介绍了偏氯乙烯聚合物基微孔和中孔-微孔复合多孔炭材料在超级电容器电极、催化剂负载和吸附分离等方面的应用.认为偏氯乙烯聚合物基多孔炭属新型...     

多孔炭吸附剂的乙烯-乙烷选择性反转机制

烯烃是重要的化工原料,吸附分离技术可在温和工况下实现烯烃纯化,而吸附剂的烷烃选择性是实现高效化工分离过程的关键。基于分子模拟,提出调节孔道尺寸以控制多孔炭优先吸附乙烯或乙烷的选择性反转机制;控制活化条件,实验制备出不同孔径的多孔炭材料并验证了乙烯-乙烷选择性反转规律。结果表明,多孔炭的石墨化表面优先吸附乙烷;随着孔径尺寸的增大,可出现优先吸附乙烯的孔道区间;若孔径进一步增大,多孔炭可回归到优先吸附乙烷的石墨化表面吸附特征。选择性反转机制适用于不同形状的孔道结构。因此,可利用微孔孔道的限域作用放大多孔炭表面的烷烃选择性,并得到高性能的烷烃选择性吸附剂。     

木质素多孔炭的制备及应用研究进展

木质素是一种具有三维网状分子结构、含有大量芳香基团和高含碳量等特点的天然高分子,其在制备多孔炭领域具有巨大潜力。多孔炭在催化剂和能源储存领域具有极大的应用前景。以来源于制浆造纸和生物炼制行业的副产物工业木质素作为原料制备多孔炭应用于能源储存、吸附、催化剂载体等领域,可实现工业木质素在碳基功能材料领域的高附加值循环再利用。本文详细综述了目前木质素多孔炭的常用制备方法和微结构特性的调控方法,总结归纳了各制备方法的主要特点以及影响木质素多孔炭微结构与性能的关键因素;重点综述了近些年对木质素多孔炭孔道结构调控方面的研究,归纳了孔调控的方法;此外,总结了木质素多孔炭在超级电容器、锂离子电池、吸附剂和催化剂载体领域中的应用研究现状,讨论了催化和储能材料对木质素多孔炭的微结构特性要求。总结并展望了木质素多孔炭在制备与应用中面临的机遇和挑战。     

煤/生物质基分级多孔炭制备工艺的优化与应用

为实现煤层气的高附加值利用，通过在煤中添加生物质和KOH合成一种煤/生物质基分级多孔炭，并将其应用于煤层气直接裂解制氢，从而获得高纯氢气和一定数量的碳材料。鉴于煤/生物质基分级多孔炭在制备过程中影响因素众多的问题，采用Design-Expert软件构建了制备煤/生物基分级多孔炭材料的实验方案，结合合成的多孔炭材料催化煤层气裂解制氢反应的实验数据进行了影响因素分析，建立了影响因素与反应转化率之间的拟合方程并对实验方案进行了优化。结果表明：温度和碱碳比是煤/生物质基分级多孔炭制备过程中的主要影响因素。优化得到的制备条件理论最优解与实验值之间的最大误差为3.3%，说明Design-Expert软件对制备过程的优化是准确且可靠的。与原煤炭材料相比，煤/生物质基分级多孔炭催化裂解煤层气具有较高的活性。前者反应后表面生成大量的碳球，而后者表面则生成大量的碳球和碳纤维。     

水分子在多孔炭材料上的吸附行为研究进展

多孔炭材料具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,是吸附有毒有害气体的关键材料,备受环境、化工、军事化学等领域的关注。多孔炭材料对有毒有害气体的吸附性能受气氛中水分子竞争吸附的影响,研究多孔炭材料对水分子的吸附行为是复杂环境下吸附分离有毒有害气体的基础,对改进多孔炭材料的表面官能团组成和孔结构具有重要的指导意义。基于此,本文综述了国内外关于水分子在多孔炭材料上吸附的机理、过程和影响因素,探讨了水分子作为示踪分子用于多孔炭材料结构表征的潜在可能,并对未来吸附理论的研究方向和指导新型吸附材料设计的应用前景进行展望。     

多孔纳米二氧化硅的改性

通过溶胶-凝胶法制备纳米多孔物质,使用正硅酸乙酯作为前驱体,进行水解、聚合成硅胶,再进行热处理可得多孔物质二氧化硅。制备过程中加入不同的催化剂、表面活性剂以改变其水解、凝胶的时间以及多孔物的孔结构(孔径、孔体积、表面积、孔分布),以完成对多孔物二氧化硅的改性。     

基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法研究进展

结构模型的构建是多孔炭材料结构表征、“构效”关系探究、吸附模拟研究等的前提和基础。本文对基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法、应用及特点进行了综述性评介,以挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）吸附净化用活性炭的选型需求为导向,分析各种模型构建方法的适用性。结果表明,由片段单元组装构成多孔炭结构的早期模型,能展现多孔炭材料的部分表观性质,但对多孔炭吸附性能的解析与机理阐释尚缺乏指导意义。多孔炭结构模型构建方法可归为仿真过程法和结构重建法,前者适于炭材料微观结构演变的研究,但所需算力高;后者通过拟合多孔炭的实验、表征数据、在一定约束条件下重建模型,其中的随机填充法可以针对性地调控模型的孔结构和官能团,应用于吸附模拟研究时有助于确定吸附特定VOCs的最优孔结构、筛选合适的活性炭,进而指导多孔炭材料的制备。然而,对包括随机填充法在内的结构重建法,尚需掌握量化调控结构模型孔结构、表面官能团的方法与关键参数,发展能够进行多参数、多指标“构效”关系研究的多尺度化模型,才能对多孔炭材料的实际应用提供指导。     

纳米结构多孔固体在二氧化碳吸附分离中的应用

二氧化碳（CO2）的双重角色（温室气体及一碳化工原料）使其吸附分离研究具有重要学术及社会经济意义。本文以多孔吸附材料为主线,系统评述了多孔炭、分子筛、有机金属骨架类材料及多孔聚合物等的CO2吸附分离最新研究进展。这些吸附材料的特点：多孔炭的微观及宏观形貌可控,孔结构可调,稳定性好;分子筛的具有丰富的微孔,孔径分布集中;有机金属骨架及多孔聚合物的种类多样,代表一类新兴的CO2吸附材料。分析了多孔固体应用于CO2吸附分离所涉及的关键科学问题,即高效吸附材料立体设计及影响选择性和吸附量等重要参数。提出澄清微孔/介孔/大孔比例以及表面基团种类和数量对CO2吸附贡献的定量关系的必要性,对材料的定向合成与优化有重要指导意义。     

有序介孔碳材料的模板化构筑及水处理应用研究

介孔碳材料是指孔径介于2 nm-50 nm的一类多孔碳材料。有序介孔碳材料，具有比表面积高、孔道结构规则有序、孔径分布狭窄、孔径大小可调控、表面易于修饰等结构特点和高机械强度、强吸附能力、化学惰性等性能特点，在诸多领域得到了广泛应用，特别是其作为新型吸附剂在水处理领域具有广阔的发展前景。有序介孔炭材料的制备方法主要有硬模板法和软模板法。模板和碳源的选择是控制有序介孔碳材料结构和性能的关键因素。本文从有序介孔硅、天然矿物、MOFs材料、嵌段共聚物等不同模板的角度对有序介孔碳、多级有序微/介孔碳、多级有序大/介孔碳的制备方法进行综述，并对有序介孔碳材料在水处理领域的应用进行简单介绍。     

酚醛树脂基炭微球结构调控与功能化制备研究进展

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率高,而且通过调整反应物和反应条件可实现对炭微球结构和功能性的精细调控,从而更好地满足实际应用的需求。概述了酚醛基炭微球的最新研究进展,分为小粒径炭微球制备、多孔炭微球制备和功能化炭微球制备三个方面,并介绍了酚醛基炭微球在储能、吸附和电催化领域的应用,最后对其未来发展方向进行了展望。     

酚醛树脂基炭微球结构调控与功能化制备研究进展

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率高,而且通过调整反应物和反应条件可实现对炭微球结构和功能性的精细调控,从而更好地满足实际应用的需求。概述了酚醛基炭微球的最新研究进展,分为小粒径炭微球制备、多孔炭微球制备和功能化炭微球制备三个方面,并介绍了酚醛基炭微球在储能、吸附和电催化领域的应用,最后对其未来发展方向进行了展望。     

多级孔COFs材料的设计、合成及应用

共价有机框架（covalent organic frameworks，COFs）是一类通过共价键连接有机构筑单元设计组装而成的具有周期性二维（2D）或三维（3D）网状结构的多孔有机聚合物，具有高比表面积、低密度、高度有序的周期性结构和易于功能化等特点。与单一孔COFs相比，多级孔COFs具有分级的孔道结构、不同的孔环境、极易接近的活性位、优异的传质和扩散性能，在气体分离和储存、环境治理、光电、生物医药、催化等领域具有更为广阔的应用前景。但由于多级孔COFs合成条件苛刻，其结构多样性仍然十分有限。本文从反应类型、设计策略、合成方法、功能化修饰、应用领域等方面系统地综述了多级孔COFs的研究进展，提出开发更多的单体、键合类型、拓扑结构，拓展更多的修饰手段，充分发挥多级孔结构优势的发展趋势。未来通过不断探索与研究，一定能开发出更多具有新的拓扑结构、不断提高的性能及更多新的应用的多级孔COFs材料，实现多级孔COFs快速、高效、低成本的加工成型，使其在能源、生物、环境、催化等领域发挥出不可替代的作用。     

金属有机框架材料的水稳定性及吸水应用进展

水蒸气广泛存在于空气和工业气体中,收集利用或去除水蒸气都需要利用高吸水储水的吸附剂。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）作为一种具有高孔隙率、高比表面积的新型多孔材料,同时具备网状结构和孔径可控调节的特性,被广泛应用于吸附、分离、催化、过滤等多个领域。将MOFs应用于水吸附领域不仅要求MOFs具备较高的水稳定性,还需要具备亲水和吸附-脱附循环能力。本文综述了水稳定性MOFs的基本组成,基于皮尔森软硬酸碱理论的设计原则,水吸附行为的影响因素以及空气集水、气体除湿等应用领域的进展,以饱和吸湿量为参考罗列了13种水吸附MOFs及其衍生物的物理参数。最后总结了水吸附MOFs在合成机理、批量制备和应用领域存在的问题,并对应提出了解决思路,期望为MOFs在水吸附应用的研究方向提供有价值的参考。     

多孔碳结构调控及其在二氧化碳吸附领域的应用

CO_2大量排放引发的温室效应已成为当今世界面临的重要环境问题。燃煤发电厂是CO_2的集中排放源,其排放量约占总排放量的42%,因此,燃煤发电厂烟道气中CO_2的高效捕集迫在眉睫。吸附技术操作简便、能耗低,易于实际应用,被认为是最具前景的烟道气CO_2捕集技术。近年来,多孔碳吸附剂因原料来源广、理化特性可控性强以及目标吸附质适应性高等优点,成为当前CO_2捕集技术的研究热点。综述了近年来多孔碳的制备方法,物理活化法、化学活化法、炭气凝胶法和模板法等,以及制备方法对孔径结构、杂元素掺杂缺陷和多孔碳表面性能的调控;并阐述了孔径结构、元素掺杂和表面官能团改性对CO_2吸附量、循环稳定性、烟道气中CO_2吸附选择性的影响,归纳了多孔碳吸附在实际应用中亟需解决的问题和关键技术。可进一步深入研究机理,协同制备出更高效且适用于CO_2吸附的多孔碳。     

超交联多孔离子聚合物的研究进展

超交联多孔离子聚合物（hyper-crosslinked porous ionic polymers，HCPiPs）是一类兼具多孔结构、大比表面积、高电荷密度的新型离子有机功能材料，具有制备方式多样、条件温和、易于功能化等特点，在气体捕集/存储、分离、催化、能源环境等方面取得了显著成绩。本文综述了HCPiPs的基本合成原理和方法，系统总结了含离子单体的一步交联法、交联-离子化同步合成法、后修饰法3种制备HCPiPs常用方法的优缺点，以及近年来在气体捕集与分离、异相催化、能量存储与转化、污染物吸附分离等领域的研究进展，并对今后的发展进行了展望，指出了加强HCPiPs的孔结构和活性位点的设计及调控、解决HCPiPs的功能离子的含量与比表面积相互矛盾的问题以及制备各种新型功能性HCPiPs以不断拓展其在催化和电池等领域的应用三个主要研究方向。     

层次孔碳材料：结构设计、功能改性及新能源器件应用

发展电化学能源存储与转换技术是我国的长期重大需求。作为电化学能源器件中的关键材料，多孔碳材料已成为当前能源材料与化工领域的研究热点。层次孔碳材料是一类新型的多孔碳材料，同时兼具不同尺寸与功能的微孔、中孔或大孔。研究者通过对层次孔碳材料可控设计，已制得一系列孔结构、孔骨架及表面化学性质和微/纳拓扑形貌各异的新型层次孔碳及其复合材料，极大地提升了其能源存储和转化性能。本综述总结了近年来有关层次孔碳材料的结构设计、可控制备及其在电化学能源器件应用领域等方面的研究进展，并对其未来发展提出了建议与展望。