炭化温度对酚醛树脂基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以酚醛树脂为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料.N_2吸附测试表明随着炭化温度降低,活性炭材料比表面积先增大后减小,孔容则不断增大.其中,550℃炭化样品与KOH反应活性最佳,可制得比表面积为2983m~2/g,总孔容为1.58cm~3/g,中孔孔容达到0.59cm~3/g的活性炭材料.采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能,结果表明,PF550活性炭材料电容性能最佳,在有机电解液中100mA/g充放电时,比电容达到160F/g,电流密度增大50倍容量保持率达到82%,显示出良好的功率特性;活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率.     

双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

活性炭纤维的表面改性及其电化学性能研究

用质量分数65%的浓硝酸分别浸渍炭化前和炭化后的蚕茧,然后在不同温度条件下进行热处理,得到改性活性炭纤维材料。利用低温氮气吸附-脱附仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对改性前后活性炭纤维材料的孔结构和电化学性能进行分析表征。用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等测试方法研究了活性炭纤维电极材料的炭化温度和炭化顺序对中孔炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明:随着炭化温度的升高,活性炭纤维电极材料比表面积和孔容逐渐增加;炭化温度为600℃时,采用先炭化后吸附方法制备的活性炭纤维电极材料比电容可以达到124.56F/g,比先吸附后炭化制备的样品比电容(82.69F/g)提高了约51%。     

氨水改性活性炭纤维吸附苯乙烯的性能

主要研究采用氨水对活性炭纤维ACF表面进行改性,制备了3种不同的改性ACF,测定ACF孔结构和表面酸碱基团,并测定了苯乙烯在改性ACF床层的吸附透过曲线,讨论了改性ACF的孔结构和表面酸碱基团对其吸附性能的影响.结果表明,与原始ACF相比,经氨水改性后的活性炭纤维ACF其表面碱性基团含量、孔容及其比表面积增加,从而明显提高了对苯乙烯的吸附容量;用浓度为6mol/L的氨水改性的ACF2其微孔孔容及其比表面积最大,其对苯乙烯的吸附容量也最大.     

复合改性活性炭的表征及其吸附模拟烟气中SO_2的研究

为了研究单一金属盐和复合金属盐改性活性炭材料对SO_2吸附性能的影响,以活性炭(activated carbon,AC)为载体,通过水热法制备ZnO/AC复合材料、Fe_2O_3/AC复合材料、ZnFe_2O_4/AC复合材料以及空白AC材料。采用场发射扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、物理吸附仪(BET)及X射线光电子能谱分析仪(XPS)对复合材料结构及化学组分进行表征,并且在常温条件下考察活性炭复合改性前后对模拟烟气中SO_2的吸附性能。结果表明,复合改性后活性炭材料成功负载金属氧化物活性组分,比表面积孔容减小,孔径增大并且对SO_2的去除效率显著提高。通过AC、ZnFe_2O_4以及4种复合材料脱硫效率的比较发现,负载ZnFe_2O_4的活性炭材料的脱硫效率最高,其比表面积和孔容分别为435.9m~2/g、0.37cm~3/g,脱硫性能试验中样品的击穿时间为136.0min,硫容达到168.3mg/g。     

梯级孔生物质活性炭的制备及其电容特性研究

以柚子皮为原料,采用预先炭化-KOH活化工艺制备生物质活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等方法表征生物质活性炭的孔结构、表面形貌等微观结构和表面化学性质,利用恒流充放电、循环伏安、漏电流等手段探究生物质活性炭用作电极材料的电化学特性。研究表明:柚子皮经预先炭化-KOH活化处理可以制备出比表面积为1 347~2 269m~2/g,总孔容达0.642~1.283cm~3/g,中孔比例为23.83%~48.90%的高品质生物质活性炭。该生物质活性炭具有发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构,且表面富含羰基、酚羟基及羧基等含氧官能团,是一种比较理想的超级电容器电极材料。生物质活性炭电极材料在KOH电解液中具有优异的电容特性,在50mA/g电流密度下的比电容最高可达243F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容仍可保持为175F/g,且具有优异的循环稳定性,循环1 000次后比电容保持率高达93.34%,漏电流仅为0.006 3mA。生物质活性炭优异的电化学特性与其发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构、合理的孔径分布及独特的富氧表面化学性质密切相关。     

竹基活性炭的煅烧-铵盐复合改性及表征

采用煅烧-铵盐复合改性方法制备了室温甲醛去除用竹基活性炭，并运用热重分析仪(TG-DTG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、N₂吸附脱附仪等分析了复合改性对样品热稳定性、组织结构、比表面积和表面官能团的影响规律。结果表明：经煅烧-铵盐复合改性的竹基活性炭样品由非晶体组成，样品表面富含羟基、■、C—H或O—H等官能团，样品中含有大量的介孔、大孔等，其比表面积、孔容分别为164.21m²/g、0.1363mL/g,分别是未改性样品的195.49倍、10.65倍，从而使样品的室温甲醛去除率达到97.21%,比未改性样品增加了46.99%。煅烧-铵盐复合改性有利于改善竹基活性炭的孔结构、表面性质等，从而提高其室温甲醛去除性能。     

改性芋叶柄基活性炭的制备及表征

采用H_2O_2-HNO_3混合液对芋叶柄基活性炭进行轻度表面氧化改性,再利用表面负载离子的方法对其表面负载Cu~(2+),制备负载铜芋叶柄基活性炭。以亚甲基蓝脱色率为评价指标,分析2次改性过程对芋叶柄基活性炭吸附性能的影响,利用低温N_2吸附、傅里叶红外光谱(FT-IR)等实验技术,对芋叶柄基活性炭的孔结构与性能进行表征与分析。结果表明,经氧化改性后芋叶柄基活性炭的比表面积及孔径增大,BET比表面积为922.600m2/g,孔容0.068cm3/g,孔径18.471nm,对亚甲基蓝脱色率为74.38%。经2次改性后负载铜芋叶柄基活性炭对亚甲基蓝脱色率达93.44%,吸附能力得到进一步提高。     

玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究

以玉米芯为原料,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭。利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能。研究了脱灰对玉米芯活性炭孔结构及其电化学性能的影响。结果表明,在碱炭比3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,可以制备出比表面积为2019m2/g、总孔容为1.084cm3/g、中孔率为15.6%的高比表面积活性炭。玉米芯经脱灰处理可以显著改善其所制活性炭的孔隙发达程度和中孔分布,脱灰玉米芯活性炭的比表面积、总孔容及中孔率分别可达2311 m2/g、1.246cm3/g和26.0%。玉米芯活性炭电极材料在3mol/L KOH的电解液中具有良好的电化学性能,其比电容量可达253F/g。脱灰玉米芯活性炭电极的比电容量更高(可达278F/g),比电容提高9.9%,且内阻更小。     

柚子皮基层次孔炭的制备及电化学性能

以柚子皮水热炭为前驱体,KOH为活化剂,800℃活化制备层次孔炭电极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附法对活性炭的表面形貌和孔结构进行了表征,并评价了其在无机电解液体系(3mol/L KOH)中的电化学性能。结果表明,碱碳比为1∶1时制备的活性炭呈蜂窝状结构,其比表面积、总孔容分别达到1421 m2/g和0.7626cm3/g,相应的电极材料具有典型的双电层电容特性,质量比电容和体积比电容分别达到226F/g和250F/cm3(电极片密度为1.1g/cm3),1000次循环之后电容保持率达到91.45%。与柚子皮直接活化制备的电极材料相比,质量比电容和体积比电容分别增加了31.40%和37.36%。     

水热炭化-KOH活化制备核桃壳活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,经水热炭化-KOH活化制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统研究核桃壳活性炭的微观结构及表面化学性质,并利用恒流充放电、循环伏安等探讨其对应电极材料的电化学性能。研究表明,在碱碳比为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,核桃壳水热炭经KOH活化可制备出比表面积为1 236m2/g、总孔容为0.804cm3/g、中孔比例为38.3%的活性炭。该核桃壳活性炭用作电极材料在KOH电解液中具有优异的电化学特性,其在50mA/g电流密度下的比电容可达251F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容为205F/g,且具有良好的循环稳定性,1 000次循环后比电容保持率达92.4%,是一种比较理想的超级电容器电极材料。核桃壳活性炭优异的电化学性能与其相互贯通的层次孔结构和独特的含氧表面密切相关。     

Adsorption of naphthalene from aqueous solution on activated carbons obtained from bean pods

The preparation of activated carbons from bean pods waste by chemical (K(2)CO(3)) and physical (water vapor) activation was investigated. The carbon prepared by chemical activation presented a more developed porous structure (surface area 1580 m(2) g(-1) and pore volume 0.809 cm(3) g(-1)) than the one obtained by water vapor activation (258 m(2) g(-1) and 0.206 cm(3) g(-1)). These carbons were explored as adsorbents for the adsorption of naphthalene from water solutions at low concentration and room temperature and their properties are compared with those of commercial activated carbons. Naphthalene adsorption on the carbons obtained from agricultural waste was stronger than that of carbon adsorbents reported in the literature. This seems to be due to the presence of large amounts of basic groups on the bean-pod-based carbons. The adsorption capacity evaluated from Freundlich equation was found to depend on both the textural and chemical properties of the carbons. Naphthalene uptake on biomass-derived carbons was 300 and 85 mg g(-1) for the carbon prepared by chemical and physical activation, respectively. Moreover, when the uptake is normalized per unit area of adsorbent, the least porous carbon displays enhanced naphthalene removal. The results suggest an important role of the carbon composition including mineral matter in naphthalene retention. This issue remains under investigation.     

利用线性酚醛树脂制备有序介孔碳

三嵌段共聚物F127为模板剂,线性酚醛树脂为碳前驱体,采用溶剂挥发诱导有机-有机自组装法(EI-SA)制备了具有二维六方结构的有序介孔碳。利用FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等方法对有序介孔碳的结构进行了表征,研究了不同焙烧温度和模板剂用量对有序介孔碳结构的影响。结果表明,当模板剂的用量一定时,有序介孔碳的孔径、孔容和孔壁厚度都随着焙烧温度的升高而降低,但比表面积却随着微孔含量的增加而增大。随着模板剂用量的增加,介孔碳的有序性降低。有序介孔碳PF-2-500的比表面积、孔径、孔容、孔壁厚度和微孔比表面积比分别为583.82m2/g、3.05nm、0.31cm3/g、3.40nm和361.18m2/g,而有序介孔碳PF-1-500的比表面积、孔径和孔容相对于PF-2-500有所提高,分别为647.79m2/g、3.44nm和0.41cm3/g,但微孔比表面积和孔壁厚度分别降低为309.46m2/g和3.35nm。     

In situ modification of activated carbons developed from a native invasive wood on removal of trace toxic metals from wastewater

Activated carbons were developed by phosphoric acid activation of sawdust from Prosopis ruscifolia wood, an indigenous invasive species of degraded lands, at moderate conditions (acid/precursor ratio=2, 450 degrees C, 0.5h). For in situ modification of their characteristics, either a self-generated atmosphere or flowing air was used. The activated carbons developed in the self-generated atmosphere showed higher BET surface area (2281m2/g) and total pore volume (1.7cm3/g) than those obtained under flowing air (1638m2/g and 1.3cm3/g). Conversely, the latter possessed a higher total amount of surface acidic/polar oxygen groups (2.2meq/g) than the former (1.5meq/g). To evaluate their metal sorption capability, adsorption isotherms of Cu(II) ion from model solutions were determined and properly described by the Langmuir model. Maximum sorption capacity (Xm) for the air-derived carbons (Xm=0.44mmol/g) almost duplicated the value for those obtained in the self-generated atmosphere (Xm=0.24mmol/g), pointing to a predominant effect of the surface functionalities on metal sequestering behaviour. The air-derived carbons also demonstrated a superior effectiveness in removing Cd(II) ions as determined from additional assays in equilibrium conditions. Accordingly, effective phosphoric acid-activated carbons from Prosopis wood for toxic metals removal from wastewater may be developed by in situ modification of their characteristics operating under flowing air.     

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CO₂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CO₂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CO₂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 mA/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。     

利用核桃壳制备高比表面积活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用N2吸附和扫描电镜(SEM)表征活性炭的孔结构及表面形貌,系统研究碱炭比(KOH与核桃壳炭化料的质量比)对活性炭孔结构的影响,并采用恒流充放电及循环伏安等测定核桃壳活性炭电极材料在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,随着碱炭比的增大,活性炭的比表面积、总孔容及中孔比例先逐渐增大后稍有减小。当活化温度为800℃,活化时间为1h,碱炭比为4时,可制备出比表面积为2404m2/g,总孔容为1.344cm3/g,中孔比例为28.6%,孔径分布在0.7~3.0nm之间的高比表面积活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料具有良好的大电流放电特性和优异的循环性能,电流密度由50mA/g提高到5000mA/g时,其比电容由340F/g降低到288F/g,经1000次循环后,比电容保持率为93.4%。     

酚醛树脂基球形炭活化特性的研究

通过常规的活化处理,成功制备出酚醛树脂基球形活性炭（ＰＨＳＡＣ）,研究了活化温度和活化时间对酚醛树脂基球形活性炭的烧失率、强度、孔结构特征的影响。结果表明,随着活化温度的升高和活化时间的延长,酚醛树脂基球形活性炭的烧失率、比表面积和孔容增大,强度下降。这种球形活性炭是以微孔为主的活性炭,其比表面积可达８００ ｍ ２／ｇ,孔容可达０．３５２ ｃｍ ３／ｇ。     

KOH和ZnCl2活化剂对苎麻秆基活性炭微观结构的影响

以废弃苎麻秆为原料,通过KOH、ZnCl2活化及直接炭化三种方式制备样品。采用扫描电镜(SEM)、N2吸附等温线和X射线衍射(XRD)对碳质材料的微观骨架、孔分布和晶体结构进行分析。结果表明,样品微观形貌呈现多孔性。炭化样中含两种孔径大小的多边形孔道结构,且被一定厚度的孔壁隔开,孔壁上含有较多未通透的孔。基于吸附等温线及BET理论,KOH和ZnCl2样品比表面积分别为1194.22 m2/g和741.9 m2/g。ZnCl2活性炭总孔容为0.38 cm3/g,平均孔径为2.408 nm,与之相比,KOH样品总孔容变为1.5倍,平均孔径达1.911 nm。XRD研究表明,正是活化反应导致材料晶型变化,添加KOH使活性炭石墨微晶形成明显乱层结构,促进了微孔和中孔的形成。