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。     

酚醛基炭气凝胶的研究进展

炭气凝胶是一种多孔纳米炭材料,具有低密度、高孔隙率、高比表面积、优异的导电性和良好的成型性能等优点,是炭材料研究的热点和重要方向。本文旨在通过阐明酚醛基炭气凝胶的制备原料和制备工艺的发展过程,从而突出未来酚醛基炭气凝胶的发展方向。基于此,本文首先重点介绍了酚醛基炭气凝胶的制备方法,主要包括溶胶-凝胶化、干燥以及炭化过程三个最主要的步骤;进而详述了以三种不同的前体,即间苯二酚、苯酚、生物质单宁/木质素分别制备酚醛基炭气凝胶的方法及其优缺点;接下来对酚醛基炭气凝胶作为吸附材料（气体吸附/液体吸附）的吸附量以及在电化学储能以及其他领域的应用进行了综述;最后对酚醛基炭气凝胶未来的研究方向和发展前景进行了总结和展望。文章指出,传统的以间苯二酚为原料辅以超临界干燥的方法制备的酚醛基炭气凝胶,原料成本较高,反应条件苛刻,实际生产应用受限;以苯酚取代间苯二酚,亦或是采用冷冻干燥等方法改进其制备工艺,可以大幅度降低原料和生产成本;但未来的发展方向和重点将是绿色、可再生的生物质原料（单宁、木质素、腰果酚等）及复合气凝胶材料的研发。因此,酚醛基炭气凝胶在未来的发展还需要进一步改进其制备工艺和方法,拓宽其原料来源,从而提高性能,扩大应用领域。     

三维有序大孔炭材料制备与结构表征

本文以蔗糖为炭源,以二氧化硅胶晶微球为模板,利用胶晶模板法制备了具有微观上具有三维有序大孔结构的新型炭材料,并利用SEM、TEM、XRD、BET等手段对制备样品进行了表征。研究结果表明,当蔗糖浓度为30%时,制备的大孔炭材料结构完整、尺寸均一、三维结构长程有序,是一种具有多级孔结构的新型炭材料,在环境保护、分子催化、分子吸附、电化学等领域具有一定的应用前景。     

木质素基吸附剂制备及应用研究进展

木质素是自然界中储量仅次于纤维素的芳香族天然高分子，具有生产量大、成本低、易于改性加工等优点，在废水处理中具有广阔的应用前景。综述了木质素基微球的制备方法，包括溶剂挥发自组装法、乳液溶剂蒸发法和反相悬浮共聚法；木质素基水凝胶的制备方法，包括氧化还原法和高压均质法；木质素基炭材料吸附剂的制备方法，包括碳化法，静电纺丝法和模板法。综述了木质素基吸附剂在有机染料、重金属和抗生素等吸附领域中的应用，并对木质素基吸附剂目前存在的问题以及发展前景进行了总结和展望。     

淀粉基炭微球的制备与电化学性能研究

以绿色环保的马铃薯淀粉为前驱体,通过添加分散剂制备单分散淀粉基炭微球,大大缩短了炭微球的制备时间。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及红外(FT-IR),对所得样品的形貌与结构进行表征,采用77K条件下的N2吸附,表征样品的孔隙结构。将制备的炭微球用作锂离子电池负极材料,进行电化学性能测试。结果表明:加入分散剂制备的炭微球具有更低的比表面积,稳定化8h,铁粉添加比例为100%时,炭微球的比表面积为297m~2/g,总孔容为0.16cm~3/g,在50m A/g的电流密度下,炭微球的首次放电比容量为786mAh/g,充电比容量为436mAh/g,材料表现出优良的循环性能与倍率性能。     

活性炭纤维的研制及其性能的研究

本文以毡状粘胶纤维、酚醛纤维和聚丙烯腈纤维为原料研制了活性炭纤维(ACF),并考察了它们的物化性能。实验结果表明,粘胶基ACF具有较大的比表面积和孔容积,它在气相和液相中对烃类及其衍生物的吸附性能比粒状活性炭优越;以粘胶基ACF为载体制备的催化剂对净化空气中的CO和氢气中的微量氧具有明显的催化效果。可以认为,粘胶基ACF在吸附和催化领域是一种有开发和应用前途的新型炭材料。     

多孔淀粉基炭微球的制备及其在双电层电容器中的应用

通过简单的无机盐磷酸氢二铵催化稳定化、炭化及不同碱炭比KOH活化制备了高比表面积的多孔淀粉基炭微球材料。采用电子扫描显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及N₂吸脱附测试对实验所制得的炭微球样品的形貌及孔结构进行了分析。结果表明：不同KOH碱炭比制备的多孔淀粉基炭微球材料具有较大的比表面积（﹥2 300 m²/g）,且均含有大量的大孔和微孔,在6 mol/L的 KOH电解液对称的双电层电容器中多孔淀粉炭材料表现出优异的电化学性能,在100 A/g的大电流密度下,炭微球电极材料具有最大的质量比电容高达248 F/g。     

废弃物衍生分级多孔炭的制备及吸附应用进展

分级多孔炭因其高比表面积、大孔容及分级孔结构,目前广泛应用于超级电容器、锂离子电池、催化及吸附等领域。废弃物在热解气化过程中残留的碳基材料则是制备分级多孔炭很好的前体。本文根据废弃物来源及自身特性间的差异,对生物质和非生物质废弃物作为原料制备的分级多孔炭的特性及应用进行了综述及总结。并对不同制备方法的优劣及适用对象进行了比较。对分级多孔炭在挥发性有机物（VOCs）吸附、CO₂吸附捕集、染料吸附、抗生素以及酚类物质的吸附过程进行分析,总结出废弃物基多孔炭在孔径结构及表面杂原子掺杂情况下的优势能够增强这几类物质的吸附效果。结合已有文献,对废弃物基分级多孔炭的制备、孔径设计及表面官能团设计提出展望。     

改性淀粉微球的研究进展

淀粉微球成本低廉,本身无毒,具有较好的生物相容性、药物靶向性、优良吸附性等性能,在医药学、废水处理等领域都有应用。随着淀粉微球开发研究的深入,通过改性等手段开发性能更加优异的微球成为新的研究热点。本文综述了近些年改性淀粉微球的常用制备方法,介绍了改性淀粉微球作为药物载体和吸附剂在医药学、吸附领域的研究应用,以及微球目前普遍存在的问题,最后对改性淀粉微球研究方向进行了展望,指出通过引入新基团对淀粉或淀粉微球进行改性制备新型改性淀粉微球,可以增加微球适用性,拓宽其应用范围,应用在贵重金属的吸附回收中,将带来巨大的经济效益,而研发对贵重金属有良好吸附效果的改性淀粉微球也将成为重要的研究方向之一。     

中间相沥青炭微球及其在锂离子二次电池方面的应用

中间相沥青炭微球是一种特殊形态的炭材料前驱体，在众多领域有着广泛的应用。本文介绍了中间相沥青炭微球的制备、结构及性质，在此基础上重点综述了几年来中间相沥青炭微球在高性能锂离子二次电池电极材料方面的应用进展，并指出今后的研究方向。     

碳微球的研究进展

从碳微球的制备方法着手,综述了各方法的制备原理、原料、影响因素以及所得碳微球的结构性能和形貌特征,并归纳了各方法的优缺点,得出了溶剂热法、化学气相沉积法和模板法3种相对有效的制备方法,由于溶剂热法的突出优点,在碳微球的多种制备方法中优势凸显,将成为未来制备碳微球的主要方法。详细评述了不同结构和性能的碳微球在各个领域的应用,深入开发碳微球的性能和拓展其应用领域将会成为今后的研究重点;进一步讨论了碳微球的结构对其性质和应用的影响,通过设计碳微球的结构来改变其性质,是碳微球制备研究领域未来的发展方向。     

功能性纤维素微球的制备及其应用研究进展

近年来，随着石油基聚合物带来的危害日益显现以及“碳达峰”和“碳中和”理念的提出，纤维素微球作为新型生物基材料，因其具有化学性质稳定、比表面积大、生物相容性好、应用领域广及成本低等优点，成为了新的研究热点，并有望被广泛应用于污染物吸附、生物技术、药物工程、医学工程等领域。然而，纤维素微球目前还存在着难以精确控制和干燥条件苛刻等缺点。基于近年来纤维素微球的研究，介绍了纤维素微球的制备机理，阐述了改性方法对纤维素微球功能化的影响，总结了纤维素微球在不同领域的应用情况，并对其未来的发展趋势进行了评述。     

天然多糖微球的制备及功能应用

多糖微球不仅具有生物相容、无毒性、可再生等优点,还可以通过改性或者与其他功能组分巧妙结合赋予其更加多样化的功能,结合本身独特的3D球型多孔结构,多糖微球可以作为微反应器、微分离器、微结构单元等,应用涉及人们生活的方方面面。本文综述了近年来多糖微球功能材料的研究进展,首先介绍了以滴定法和乳化法及其衍生方法制备粒径均一多糖微球的进展,然后着重介绍了多糖微球的功能化构建策略及其在吸附分离、催化剂载体、组织工程与药物释放、能源转化与储存四个领域的应用进展,最后讨论了多糖微球功能材料在面向以上应用过程中仍然需要解决的关键科学问题,包括粒径均一多糖微球的规模化制备和多糖孔结构的可控制备。为今后高性能多糖微球材料的研制及应用提供有价值的参考和指导。     

热重分析技术在炭材料制备和功能化领域的应用

热重分析是一种快速有效地研究材料结构性能的分析方法,广泛应用于炭材料研究领域.综述了热重分析技术在几种炭材料（碳纳米管、碳纤维、活性炭、碳微球和针状焦）制备和功能化研究中的应用.主要论述了利用热重分析研究炭材料的反应机理、热稳定性、高温抗氧化性、反应动力学、吸/脱附性能、负载物含量的测定等,并展望了热重分析的发展前景.     

酚醛纤维的研究进展及应用

综述了国内外酚醛纤维的研究发展情况;介绍了酚醛纤维在阻燃、增强、耐烧蚀绝热材料、抗菌、制备酚醛基碳纤维以及酚醛基活性炭纤维等方面的应用;指出加快发展我国酚醛纤维产品的必要性,各种高性能、功能化酚醛纤维、酚醛基碳纤维以及酚醛基活性炭纤维将是未来研究开发的重点。     

生物质基碳气凝胶的研究进展

碳气凝胶是一种新型的纳米多孔碳材料,具有孔隙率高、比表面积大、导电性能优良、耐高温等优点,在催化剂载体、电容器及吸附材料等领域具有广阔的应用前景。与传统的碳气凝胶相比,生物质基碳气凝胶具有前驱体环保可再生的优势,可为生物质高值化、功能化利用提供新思路。本文在简单介绍生物质基碳气凝胶制备过程（包括溶胶-凝胶化、干燥、炭化）的基础上,重点介绍了3类来自不同生物质前驱体（植物纤维素、细菌纤维素和具有三维多孔结构的植物本身）碳气凝胶的制备方法,并对碳气凝胶及其复合材料在催化剂载体、吸附材料、超级电容器、锂离子电池方面的应用进行了综述,最后对生物质基碳气凝胶的研究方向和发展前景进行总结和展望。     

一类新型镁材料——镁基金属有机骨架材料

镁基金属有机骨架材料（Mg-MOFs）是近年来逐渐受到关注的一类新型功能材料,其种类与结构多样化,使其在很多领域中展现出了潜在的应用价值,为镁资源的开发利用开拓了一个新的领域。本文从Mg-MOFs的种类、特点、制备方法、应用以及稳定性5个方面展开论述。详细阐述了Mg-MOFs在催化、药物缓释、光学材料、气体储存、气体吸附和分离等方面的应用,着重介绍了Mg-MOFs的储氢能力和对二氧化碳的吸附能力及对不同混合物的选择分离能力。提出了今后Mg-MOFs的研究重点：优化Mg-MOFs的制备条件,降低制备难度及成本;选择新的配体源及溶剂,开发具有结构稳定、高比表面积、功能多样的Mg-MOFs,扩大其在气体吸附与选择性分离方向的应用;将Mg-MOFs应用于复合材料中,拓宽其应用范围。     

Effect of Drying Method on Gas Adsorption Characteristics of Carbon Gel Microspheres

Abstract

The effect of drying method used in the preparation of carbon gel microspheres was studied by comparing the porous properties of carbon cryogel microspheres (CCM) and carbon xerogel microspheres (CXM), which were respectively obtained using freeze drying and hot air drying. CCM were found to possess higher mesoporosity than CXM because freeze drying was effective to suppress the shrinkage of the mesopores during drying. On the other hand, the microporosity of the carbon gel microspheres was hardly influenced by not only the drying method but also the synthesis condition. Although the amounts of nitrogen and oxygen adsorbed were almost the same, the adsorption rate of nitrogen on both CCM and CXM possessing ultramicroporous surfaces was much larger than that of oxygen, which indicated the applicability of the carbon gel microspheres to adsorbents for pressure swing adsorption (PSA) of air. The relations between the temperature and the amount of oxygen adsorbed showed the adsorption characteristics of CCM and CXM as adsorbents for temperature swing adsorption (TSA) were almost the same.