酚醛树脂基多孔炭的制备及应用研究进展

酚醛树脂是一种常用的活性炭碳源,其独特的优势使其受到科研工作者的青睐。由于孔结构是影响活性炭性能和应用的主要因素,孔径调控是多孔炭制备过程的关键。常用的孔径调控方法有金属催化,添加造孔剂以及模板法。通过不同的造孔方法制备的酚醛树脂基多孔炭在环保、电化学、医药催化等领域有着广泛的用途。综述了酚醛树脂基多孔炭的制备和常用的孔径调控方法以及近年来主要的应用,并对其以后的研究和应用进行了展望。     

微波处理时间对电化学电容器用活性炭性能的影响

采用微波对氢氧化钾活化石油焦制备的活性炭进行处理,考察了微波处理时间对活性炭的孔结构、表面(官能团)性质和电化学电容器中活性炭电化学性能的影响.结果表明:微波处理后活性炭的比容和内阻随着其比表面积和总孔容的降低而变小.和采用常规加热方式在1073K下处理1h所得活性炭相比,在700w功率下仅处理7 min所得活性炭的孔结构就具有较高的大/中孔的孔容比和较高的羰基含量;该活性炭用作电化学电容器的电极时,具有较高的能量密度和较高的能量保持率.显然,微波处理是制备电化学电容器用活性炭的一种简单而有效的方法.     

医药缓释载体用活性炭研究进展

活性炭具有丰富的孔隙结构、良好的功能缓释性,是一种理想的医药缓释载体。本研究就活性炭载体对医药的吸附缓释作用机理、载体活性炭的类型及其制备方法、孔结构调控方法的国内外研究进展进行了综述。     

聚酰亚胺基高比表面活性炭及其电化学性能研究

以聚酰亚胺(PI)薄膜边角料为前驱体,采用CO_2物理活化法制备高比表面活性炭。研究了活化工艺对PI活性炭孔结构性能的影响及其活化机理,探讨了活性炭孔结构对其电化学性能的影响。结果表明,PI薄膜可以在相对较低的温度下经CO_2活化制备出具有无定型微晶质炭结构、孔隙结构发达的活性炭,比表面积最高可达2809 m2/g,总孔容积达1.423 cm3/g;通过控制CO_2活化工艺,可实现对PI活性炭的孔道尺度与分布的调控。作为超级电容器电极材料,PI活性炭在100 m A/g条件下,比电容高达237 F/g,电容保持率为86%。孔径集中于0.7~2 nm,并存在适量介孔的活性炭具有极佳的电化学性能。     

预炭化对KOH活化石油焦的结构及电容性能的影响

以不同温度炭化的石油焦为原料、KOH为活化剂制备电化学电容器用炭电极材料.采用XRD、TEM和Nz吸附法对前驱体及活化产物的结构进行了表征,并考察了样品的电化学性能.结果表明:通过调整前驱体的顶炭化温度,可实现对石油焦基活性炭的微晶结构和孔结构的调控,分别制得无晶体特性的高比表面积活性炭和由大量类石墨微晶构成的低比表面积活性炭.低表面积活性炭依靠充电过程中电解质离子嵌入类石墨微晶层间而实现能量存储,具有比高比面积活性炭高10倍的面积比电容和更大的体积比电容.     

多孔活性炭孔径调控研究现状

随着活性炭在各个领域的广泛应用,对其孔结构的要求越来越高,孔结构的调控成为研究热点和难点。主要综述了目前国内外关于活性炭孔径调控技术的研究进展,分别介绍了微孔、中孔和大孔调控孔结构方面的研究成果及指出了不同调控技术的优缺点,重点介绍模板法、物理-化学联合活化法、催化活化法对孔结构调控的研究,并对孔径调控技术的发展进行展望。     

柑橘皮中孔活性炭的制备及性能表征

以柑橘皮为原料,以氯化锌为活化剂,采用一步炭化法制备了中孔活性炭.研究了浸渍比、炭化温度及保温时间对孔结构的影响,通过BET、D-R方程、BJH方程及Kelvin理论表征了活性炭的孔结构,采用红外光谱分析样品的表面官能团,透射电镜观察微观形貌.柑橘皮中孔活性炭的适宜制备条件为:活化剂漫渍比3:1,炭化温度550℃,保温时间1h;所得活性炭中孔容积1.438cm3/g,中孔率占68.5%,BET比表面积为1476m2/g;该活性炭孔径分布集中,平均孔径3.88nm.利用中孔活性炭吸附垃圾渗滤液生化尾水,UV254值和TOC去除率分别为94.7%、66.4%.3DEEM证明该活性炭对DOM中的类富里酸具有良好的吸附性能,紫外区类和可见区类富里酸荧光强度分别降低49.1%、81.6%.     

以MgO为模板剂制备纳米中孔炭及其应用研究进展

无需任何稳定和活化过程,采用MgO为模板剂,选择不同的碳前驱体可制备高比表面积且含有大量中孔的活性炭.综述了具体制备方法、制备条件对孔结构的影响、纳米孔结构形成机理、该方法的优点以及该法所得纳米中孔活性炭的应用前景.通过选择不同的MgO前驱体可调节活性炭中孔大小;而中孔和微孔的相对体积则由碳前驱体控制.采用该法制备的中孔炭作为电容器、吸附材料等在能源、资源和环境方面的应用前景相当广阔.     

表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响,使用HNO_3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性,用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明,改性后活性炭的比表面积和孔容提高,平均孔径减小,并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880m~2/g和0.763cm~3/g分别增加到1 635.268m~2/g和1.128cm~3/g,并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极,KCl为电解液,测试活性炭电极的热电转换性能,发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。     

具有不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐及维生素B12吸附性能？…

主要研究了３种具有不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐及ＶＢ１２的吸附性能,与ＢＥＴ比表面主孔结构进行了关联。结果表明,具有微孔结构的沥青基球状活性炭对小分子肌酐的吸附性能较好;具有中孔结构的沥青基球状活性炭对中分子物质ＶＢ１２具有较好的吸附性能;而中孔与微孔并存的沥青基球状活性炭对肌酐及ＶＢ１２都有较好的吸附性能。     

Influence of the demineralisation on the chemical activation of Kraft lignin with orthophosphoric acid

The preparation of activated carbons (ACs) from the thermal decomposition of mixtures of orthophosphoric acid (PA) and either as-received softwood Kraft lignin, KL, or demineralised one, KL(d), has been investigated. Activation with PA has been studied for a PA/lignin ratio of 1 (dry ash-free basis) and 1h carbonisation time at final temperatures of 400, 500 and 600 degrees C. The yield, surface area, porosity, surface chemistry and methylene blue adsorption capacity have been determined. All ACs were found to be essentially microporous, with surface areas higher than 800 m(2)/g and a maximum value of nearly 1200 m(2)/g for the carbon prepared at 600 degrees C from KL. In order to study the influence of temperature on the properties of the ACs prepared from KL and KL(d), the latter precursors were analysed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). We have concluded that the very different characteristics of the ACs obtained from KL and KL(d) are due to the presence or not of mineral matter during carbonisation, but mainly to the demineralisation process itself, which produces polymerisation of the raw lignin. Methylene blue adsorption was found to be higher for ACs prepared from KL, mainly because of their higher ash and sulphur contents.     

多孔金属流场双极板研究进展

多孔金属是一种兼具结构与功能的材料,得益于其低密度、高孔隙率、可控渗透性的优点,在许多领域都有广泛应用。本文综述了多孔金属在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场中的研究进展,相较于传统流道流场,高开孔率(>70%)的多孔金属具有相互连通的三维立体结构,可以增加气体分布均匀性、并加强气体传质、增强电子和热的传导及水的排出,从而对电池性能有较大提升。同时探讨多孔金属参数、流场结构设计、服役参数目和多孔材料本身对多孔金属流场在PEMFC应用中的影响。目前阻碍多孔金属在PEMFC应用的最大问题是腐蚀,且多孔金属内部结构复杂对涂层制备工艺提出更大挑战,因此如何有效解决多孔金属在PEMFC两极环境中的腐蚀问题,对推进多孔金属在燃料电池领域中的应用意义重大。     

Preparation and characterization of polycaprolactone-chitosan composites for tissue engineering applications

Highly porous scaffold plays an important role in bone tissue engineering, which becomes a promising alternative approach for bone repair since its emergence. The objective of this work was to blend poly (є-caprolactone) (PCL) with chitosan (CS) for the purpose of preparation of porous scaffold. A simple unique method was employed under room-temperature condition to blend the two components together without separation of two phases. The reaction leads to formation of sponge-like porous 5, 10, 15 and 20 wt% CS composites. XRD, IR and SEM were used to determine components and morphology of the composites. DSC studies indicated that the miscibility of the two components. And pore volume fractures of composites were determined by a simple method in which a pycnometer was used. The results show that CS is successfully commingled into PCL matrix, and adding CS into PCL will not damage the crystalline structure of PCL. The composite shows no signs of phase separation and presents a unique porous structure under SEM observation. The porosity of composite increased with the increase of the content of CS in the composite. The highest porosity reached to 92% when CS content increased to 20 wt%. The mechanism of formation of this unique porous structure is also discussed.     

基于SLM的梯度多孔牙种植体力学特性

目的 确定既满足强度要求又能够有良好长期稳定性的梯度多孔牙种植体最佳孔隙值。方法 设计4组不同孔隙率(G30、G40、G50、G60)的梯度多孔结构样件及均质多孔样件S30,选区激光熔化(SLM)成型后通过准静态压缩试验对其力学性能进行研究,测量出样件的弹性模量和屈服强度。通过有限元分析评估不同孔隙率种植体及对应下颌骨组织的应力分布。结果 相较于实体钛合金结构(110 GPa),多孔结构的弹性模量(13.47~15.88 GPa)已完全符合人体自然骨组织(2~20 GPa)范围,多孔结构屈服强度(484.81~834.47 MPa)远高于皮质骨(180.5~211.7 MPa);梯度多孔结构样件弹性模量相较于均质多孔结构略有提升,屈服强度(834.47 MPa)比均质多孔结构样件(730.56 MPa)提高了约14%。梯度多孔种植体周围皮质骨最大等效应力值分布在43.362 9~45.015 4 MPa之间,松质骨最大等效应力值分布在4.756 58~ 5.055 6 MPa之间,完全满足2~60 MPa范围内的最大应力,适合骨组织生长。种植体与下颌骨之间的应力差值随着孔隙率的增大而逐渐变大,孔隙率为30%的TPMS–G型梯度多孔牙种植体与下颌骨应力差值最小,生物力学特性最佳,有利于形成稳定的骨整合。结论 通过试验及仿真模拟,确定了适用于种植体的最佳梯度多孔结构,既满足强度要求,又具有良好的长期稳定性。     

源于溪木贼的高性能锂离子电池三维多孔生物质硅/碳复合负极材料

锂离子电池硅基负极材料的理论比容量比传统石墨材料高10倍, 是最有前途的锂离子电池负极材料之一。然而硅基纳米材料的制备工艺复杂、成本高昂, 严重限制了锂离子电池硅负极的商业应用。本工作采用溪木贼为原料, 通过深度还原、浅度氧化和碳包覆工艺制备了三维多孔生物质硅/碳复合材料(多孔3D-bio-Si/C)。三维多孔结构不仅有利于Li⁺的快速传输, 而且提供足够的空隙缓解在脱-嵌锂过程中发生的体积变化。得益于三维结构中大量的孔隙和高强度的外部碳层, 多孔3D-bio-Si/C制备的电极表现出优异的电化学性能。当电流密度为1 A/g时, 多孔3D-bio-Si/C的可逆容量为1243.2 mAh/g, 循环400次后仍可保持933.4 mAh/g, 容量保持率高达89%。利用溪木贼作为生物质硅源制备高性能硅基负极材料, 实现了低成本、可规模化、绿色和可持续的合成路线, 有望为Si基锂离子电池负极材料的商业应用打下基础。     

Nonstoichiometric hydroxyapatite granules for orthopaedic applications

A new method for the preparation of nonstoichiometric hydroxyapatite (HA) "dense" and porous granules, round in form and up to 8 mm in sizes designed for application in orthopaedic surgery has been developed. The "dense" granules' porosity was up to 32% and they only contained micropores. They differed from that kind of granules by increased values of compression strength (up to 48 MPa). The porous granules contained a system of interconnected micro- and macropores. The porosity value (up to 70%) and the porosity structure were similar to those in the mineral framework of a spongy bone. The compression strength of the porous granules (up to 25 MPa) was high enough for various kinds of application. Granules of both sorts were used in performing 42 operations on the locomotor system. Depending upon localization and supposed level of the injured area loading, "dense" or porous granules were used. The postoperative observations (up to four years in length) have attested to the high quality of the granules.     

浸没凝胶相分离法制备聚己内酯多孔支架

为了制备结构和性能满足骨组织工程支架要求的聚己内酯(PCL)多孔支架材料,采用浸没凝胶相分离法,以冰醋酸和丙酮为混合溶剂,水为凝固剂,壳聚糖(CS)颗粒为添加剂制得一系列PCL多孔支架。探讨了溶剂组成、PCL浓度、CS添加量对PCL多孔支架结构和性能的影响。结果表明:添加CS颗粒有利于形成多孔三维支架,随着CS含量的增加,孔隙率略微下降,抗压强度提高。随着PCL质量分数的增加,孔隙率明显下降,但抗压强度增大。当溶剂组成中丙酮含量为50 wt%~60 wt%,PCL质量分数不高于10 wt%时,通过改变CS用量,可制得孔隙率和力学性能满足骨组织工程要求的相互贯通的三维多孔支架材料。     

Structure of the dependence of Darcy and Forchheimer coefficients on porosity

The coefficients of the Darcy and Forchheimer terms are presented and analysed as functions of the porosity. Before this, we briefly review the development of theories for flow in a saturated porous medium. Thermal convection problems in a porous medium are also revisited with a view to bringing out the structure of the dependence on the porosity as a physical effect determining when convective overturning will occur. Finally, it is proved that the solution to flow in a Forchheimer porous material depends continuously on changes in the porosity.     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。