棉纤维素基碳微粒的制备及其光热性能

以棉纤维为原料,以柠檬酸、纯水、多聚磷酸铵、磷酸、硫酸为活化剂,采用碳化法制备了具有吸光发热功能的碳微粒,通过扫描电镜、红外光谱、吸光发热性能表征了活化剂类型对碳微粒结构及吸光发热性能的影响。结果表明：活化剂类型对碳微粒的微观形貌、红外吸收光谱曲线及吸光发热性能具有重要影响;碳微粒水溶液光照升温值随其红外光谱特征吸收峰相对强度的减小而升高;综合碳化收率和光照升温性能,多聚磷酸铵活化碳微粒性能较优,其涂层织物表现出良好的光照升温性能。     

用于超级电容器的木质纤维素基碳材料的制备及其性能研究

本研究以KOH为活化剂,采用先预碳化再活化和先活化再碳化的2种不同工艺处理方法,制备了不同结构的木质纤维素基碳材料。前一种方法合成的多孔碳材料缺陷丰富、比表面积高达1737 m²/g。受益于其特殊的构效关系,该多孔碳材料作为超级电容器的电极表现出了优异的电化学性能,在0.5 A/g的电流密度下,其比容量达到194 F/g。     

基于桉木预水解液的多形态碳微球的制备研究

以桉木溶解浆生产过程中的副产物预水解液为原料,采用水热碳化工艺对预水解液进行处理,以制备碳微球。探讨了水热碳化过程中聚（4-苯乙烯磺酸-马来酸共聚物）钠盐（PSSMA）用量对碳微球形貌及得率的影响,并探究了不同结构碳微球的成形机理。结果表明,预水解液是制备碳微球的理想碳源,PSSMA可通过在碳微球表面提供静电斥力以调控碳微球形貌,使碳微球由交联的球簇结构转变为单分散微球结构和微球超结构。随着PSSMA用量增加和碳化时间的延长,碳微球及其超结构的粒径均呈先下降再趋于平缓的趋势;但PSSMA对碳微球得率的影响较小。     

木质素基碳材料的制备与应用研究综述

从制备、结构和应用总结了木质素材料的最新进展。现在只有少数分离的木质素被用作原料,因此文章详细综述了三种木质素基碳材料的制备方式以及应用制备方向,对其进行了总结,以了解当前木质素基碳材料的近况发展。具体而言,深入讨论了木质素不同制备方法的程序,包括活化、纺丝和模板法,以及稳定和碳化,以期全面了解木质素基碳材料的形成。其中对于目前各种碳材料的制备方法以及优缺点进行了简单的总结。最后对于未来木质素材料的发展方向和利用进行了展望。     

棉纤维制得的碳微球结构及吸附性能研究

探讨棉纤维制得碳微球的制备工艺、结构特点和吸附性能。采用水热碳化法,以棉纤维为原料制备碳微球,对碳化温度做了系列研究,并测试了所制得碳微球的形貌、红外光谱、X射线衍射图、粒径分布和吸附性能。结果表明:当催化剂浓度一定、碳化温度为150℃时,纤维开始碳化,并随着温度的升高,碳化程度逐渐增强,在210℃时即得到较为良好的碳化状态,结晶区大部分被破坏,生成丰富的官能团,平均颗粒直径在530.6nm左右,其吸附量达到了145.420mg/g。认为废旧棉织物制备出的碳微球具有较好的吸附性能。     

蔗渣基多孔碳的制备及结构和孔径分布研究

以具有自然分级的甘蔗渣为原料通过炭化和KOH活化制备了高比表面积和丰富微孔结构的多孔碳。对多孔碳制备工艺以碳得率和比表面积为综合考查指标,对活化剂量和活化温度进行优化,并研究蔗渣基多孔碳的孔径分布和表面有机化学组成。结果表明,蔗渣基多孔碳的最佳制备工艺为活化温度700℃,KOH︰炭化蔗渣(CB)剂量比例为4︰1,制备的蔗渣基多孔碳比表面积高达2220.2m2/g,有丰富的微孔结构,且含有部分羧基,是一种非常有前景的重金属离子吸附材料。     

废旧粘胶织物水热碳化制备碳微球的研究

研究废弃再生纤维素织物的回收利用途径。以废弃粘胶织物为原料,通过水热碳化法对粘胶纤维进行水热处理制备碳微球,考察了水热合成的温度、停留时间对水热碳化过程的影响。测试了所制备碳微球的微观形貌、红外光谱、X射线衍射图谱、热重及能谱。结果表明:当反应温度为260℃、停留时间为8 h时获得最佳碳微球形貌;粘胶纤维水热碳化起始温度为180℃;粘胶纤维制备的碳微球为无定形结构,石墨化程度较低;随着停留时间的延长,碳微球粒径越来越大;随着反应温度的提高,碳产物的含碳量及热稳定性提高。认为:粘胶纤维水热碳微球表面含有羧基、羰基和羟基等丰富的官能团,具有优良的亲水性和表面活性。     

基于水热碳化技术的废弃烟末制备水热炭和碳量子点研究

为探索废弃烟末资源化与高值化利用途径,通过水热碳化技术将烟末同时转化为水热炭燃料和碳量子点荧光纳米材料,研究了水热碳化温度和反应时间对水热炭燃烧性能的影响,采用红外光谱、X射线光电子能谱、热重分析等手段表征样品的形貌结构与光学性能。结果表明：随着水热碳化反应强度的加大,水热炭的产率降低,而水热炭的固定碳含量和高位热值呈升高趋势,当反应温度为240℃、时间为2 h时,高位热值达到最高(18.66 MJ/kg);水热炭表面附着有碳微球颗粒,且废弃烟末内纤维素类结构在水热碳化过程中不断被分解破坏;水热炭的燃烧过程可分为三个阶段,其中固定碳燃烧阶段的失重率随水热碳化反应强度加大逐渐增加至31.44%,水热炭的引燃温度和燃烧稳定性均优于烟末原料;所制备的氮掺杂型碳量子点的粒径为2.14～3.02 nm,粒径分布较均匀,贮存稳定性较好;碳量子点在365 nm的紫外激发波长下发射蓝色荧光,且其荧光发射光谱呈现激发光波长依赖性,当水热碳化温度为200℃、反应时间为4 h时,碳量子点的荧光强度最高。     

碳纤维热处理设备的研制

热处理是由各种不同的原料生产碳纤维(CF)工艺过程中的一道重要的工序。通过热处理,纤维的原有结构转化为碳的结构,因而纤维本身具有高物理机械性能。热处理包括原有纤维的氧化(热稳定化、热不熔化)、碳化和石墨化。     

熔盐水合物处理对生物质基多孔碳材料电化学性能的影响

本研究以速生杨木边材木片为原料进行自水解预处理,将无机熔盐水合物和自水解预处理后的杨木片（APW）加入盐酸溶液中浸渍,经冷冻干燥、碳化、酸洗、水洗及干燥后得到木质生物质基多孔碳材料。探究了APW的不同无机熔盐水合物活化处理对多孔碳材料物理结构性能的影响,测试了将其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,在盐酸溶液中,无机熔盐水合物ZnCl₂和 ZnCO₃活化处理均有利于提高木质生物质基多孔碳材料的电化学性能,且前者比后者的作用效果更强,ZnCl₂活化处理制备的木质生物质基多孔碳材料无序结构更多;当用作超级电容器中的电极材料时,活化剂总质量一定,以ZnCl₂和ZnCO₃组合制备的多孔碳材料的电化学性能更具有优势,在0.2 A/g电流密度下,所制备的电极材料质量比容量可达到143.20 F/g;在2.0 A/g电流密度下,其循环5000次的电容保持率为99.90%;另外,在10 mV/s的扫描速率下,其循环伏安曲线保持了良好闭合的近似矩形形状。     

碳纳米纤维负极材料制备及其电化学性能

为了获得性能优异的碳纳米纤维负极材料并对材料的碳化工艺进行探讨,利用静电纺丝技术和高温碳化制备一维碳纳米纤维负极材料。对获得的碳纳米纤维的形貌、化学成分结构及电化学性能进行测试分析,得到优化的预氧化和碳化条件。结果表明:在预氧化条件为250℃、120 min,碳化条件为800℃、120 min条件下制得的碳纳米纤维具有较好的形貌特征及化学性能,平均直径为190 nm,此时碳结构更加有序,碳含量达到73.7%。通过组装锂离子电池测试电池充放电性能,得到在100 mA/g的电流密度下,放电比容量达到568.4 mAh/g,经过100圈循环后容量保持率达77.3%。     

碳纤维热处理设备的研制

<正> 各种原料基体的碳纤维(CF)生产工艺过程中最重要阶段是热处理。纤维的原始结构在热处理过程中转化成了碳的结构,而纤维本身获得极高的物理——机械性能。热处理包括原始纤维的氧化作用(热稳定化作用、热网络化作用)、碳化作用和石墨化作用。     

碳纳米纤维纱的制备及表征

利用自制的静电纺装置制备了PAN纳米纤维纱,然后通过预氧化和碳化工艺得到碳纳米纤维纱,利用SEM、X-衍射和激光拉曼光谱表征了其形貌和结构,并测试了其力学性能。结果表明,经预氧化和碳化得到的碳纳米纤维纱纤维直径和纱线直径均有所减小,但成纱表面仍具有均匀的捻回分布,部分纤维之间有黏结现象并发生断裂。碳纳米纤维纱的分子结构为碳-碳双键连接的网状结构,纤维中存在乱层状的石墨结构。碳化后的纳米纤维纱的断裂强力与断裂伸长率较炭化前的PAN原纱有所降低。     

全木质素衍生硬碳电极的制备及储钠性能研究

钠离子电容器结合了电池型负极的高能量密度和电容型正极的高功率密度,成为新一代储能器件,硬碳材料作为电池型负极,是当前的研究热点。本研究以制浆黑液为原料,通过提纯、预碳化和高温热解碳化制备木质素衍生硬碳材料,分析其石墨层间距、微晶结构等性质随碳化温度变化的规律,研究了木质素衍生硬碳电极的电化学性能及储钠机理。研究结果表明,随着碳化温度从800 ℃升高至1600 ℃,木质素衍生硬碳材料的石墨层间距从0.406 nm减小至0.378 nm,赝石墨层比例从52.69%升高至77.60%。此外,在木质素衍生硬碳电极充放电过程中,更多的Na⁺在石墨层间嵌入和脱嵌,电极的平台容量从56.8 mAh/g提高至236.0 mAh/g;在斜坡容量变化不大的情况下,平台容量的大幅增加使木质素衍生硬碳电极的可逆容量高达333.7 mAh/g。根据恒电流间歇滴定技术（GITT）分析可知,Na⁺在木质素衍生硬碳电极中的存储机制符合“吸附-嵌入/填充”模型。     

HNO3催化废旧棉织物水热碳化的研究

为实现废旧棉织物的高值化再利用,文章以废旧棉织物为原料、HNO₃为催化剂,采用水热法制备碳微球材料,通过单因素实验研究了反应温度和溶液pH对碳化过程的影响规律,并对产物进行了微观形貌、红外光谱和X射线衍射分析,探讨了棉纤维的水解碳化机理。结果表明：反应温度和溶液pH是影响碳化产物形貌的重要因素。起始碳化温度为200℃。当p H为2.0、反应温度为300℃、反应时间为8 h时,制得的碳微球形貌最佳,表面存在大量的羟基、羰基和羧基等官能团。碳化产物的石墨化程度较低,以无定形碳为主。     

沥青基活性碳纤维的活化工艺及设备研制

在分析研究的基础上,选择沥青纤维为原料制作活性碳纤维。采用水蒸气活化工艺,通过对活化的温度、时间、水蒸气流量及N_2流量作正交设计试验及单因素影响试验,找出了影响活化的主要因素,从而确定了最佳活化工艺参数。在自建的碳化活化小设备上制得了吸附性能达到、超过国内外同类产品水平的活性碳纤维。     

PAN基碳纳米多孔纤维的制备及吸附性能研究

以聚丙烯腈(PAN)和醋酸锌(Zn(CH3COO)2.2H2O)为溶质,N-N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用静电纺丝法成功制备PAN/醋酸锌纳米纤维毡,并探讨醋酸锌含量(相对于PAN)对纳米纤维毡形貌和直径的影响。对PAN/醋酸锌纳米纤维毡进行预氧化、活化、碳化处理,制备得到碳纳米多孔纤维,并对其得率、孔径分布、比表面积及吸附性能进行研究。实验结果显示:预氧化温度的升高使碳纳米多孔纤维的吸附指标先增后减;在600℃~1 000℃的碳化温度范围内,碳化温度的升高使碳纳米多孔纤维的吸附性能均呈现上升趋势,且在1 000℃时达到最大。     

pH值对废旧棉纤维水热碳化的影响

以废旧棉纤维为碳源,在亚临界水中制备了形貌结构良好的碳微球,主要探讨了不同初始pH值对棉纤维水热碳化过程的影响规律。亚临界水可破坏棉纤维的晶体结构,使棉纤维碳化形成石墨化程度较低的碳材料,且在碱性、中性和酸性环境下,棉纤维都可脱水碳化,H~+对棉纤维的脱水碳化影响较弱;pH值对碳化产物的结构性能有重要影响,pH值为3.5时可得到粒径均匀的球形碳材料,含碳量达74.99%。液相产物分析表明,pH值越小,棉纤维水热反应过程中葡萄糖的收率越大,产物形貌结构也越好;pH值较高时,葡萄糖的收率较低,产物中难以出现球状结构物质。H~+对碳化产物的含碳量以及热值的提高有益。文章的研究结果可为废旧棉纤维的高值化再利用提供参考。     

“双碳”目标下工程行业助力制浆造纸行业绿色建造与可持续发展

本文以某公司工程方面绿色建造为例,论述了采用生物质原料和可再生能源、优化碱回收、热电联产等调整能源用料结构的方式,以实现制浆造纸工业碳减排和能源结构的低碳化。工业中可在生产运维端引入并创新一系列循环、低碳类设备和技术,如改进蒸煮技术、采用无元素氯漂白技术、采用中水回用技术、进行数字化“双碳”管理等,将“双碳”目标融入咨询、设计、施工、运营全过程。     

木质素磺酸盐/F127制备形貌可控果糖基介孔碳微球及电化学性能研究

木质素磺酸盐和果糖均为自然界广泛存在的可再生碳基原料,价格低廉,可加工性强。本研究使用果糖作为碳源,木质素磺酸盐协同F127作为软模板,经过水热碳化后得到形貌可调控的果糖基微球,在这个过程中,木质素磺酸盐不仅是形成微球结构的软模板,也是一种分散剂。将果糖基微球进行高温碳化处理,可得到中空多孔的介孔碳微球材料,其比表面积为489.90 m2/g,孔容为0.26 cm3/g,平均孔径为2.22 nm。电流密度为0.1 A/g时,其比电容为95 F/g,能量密度为3.22 Wh/kg,功率密度为28.45 W/kg。