木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬碳结构机理
木质纤维类生活垃圾热解过程矿物质和碳结构的演化规律
立ｓ ｐ 碳原 子 ， 导致峰参数 Ｄ１ 峰半高 宽和峰面积 比值 ／ 逐渐增大 ； 高温热 解时 晶体 ｓ ｐ 碳原 子增多 ， 导致 Ｄｌ峰半 高宽 和 ， ｎ ／ ， Ｇ 逐渐减小 。焦样的碳结构有序度随热解温度升高先降低后提高 。
关键词 ：木质纤维 ； 生活垃圾 ；热解 ； 矿物质 ； 碳 结构 ； 演化
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ：Ｔｗｏ ｌ ｉ ｇ ｎ ｏｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ｏｓ ｉ ｃ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ｉ ｐａ ｌ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎｇ ｗａ ｓ ｔ ｅ Ｐａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｍｐ ｈ ｏ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｌ ｅ ａ ｆ ｗｅ ｒ ｅ
第４ ３卷 第 ２期
２ ０ １ ５年 ２月
燃
料
化
学
学
报
Ｖｏ １ ． ４３ ＮＯ ． ２ Ｆｅ ｂ ．２ ０１ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｆ ｕ ｅ ｌ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
文章编号 ： ０ ２ ５ ３ — ２ ４ ０ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ — ０ １ ６ ０ — ０ ７
要： 使用水平 管式 炉 ， 在不 同热解温度 （ ５ ０ ０～１ ０ ０ ０ ｏ Ｃ） 条件下对废纸屑和樟树叶两种木质纤维类生活垃圾进行 了热解 实
验， 分别采用 ｘ射线衍射（ Ｘ Ｒ Ｄ） 和拉曼光谱研究 了样 品所含矿物质 和碳结 构随热解 温度 的变化。结果 表明 ， 废纸屑和樟树叶 含有 的主要矿 物分 别为方解石和草钙 ， 在５ ０ ０℃之前 草酸钙全部转化为方解 石 ， 焦样 中的方解石在 ８ ０ ０ ｏ Ｃ以后逐渐 分解 并 形 成生石灰。拉曼光谱 对生活垃圾焦的碳结构变化非常敏感 ， 低温 热解 时生活垃圾 的大分子结构 发生缩合 和解 聚 ， 产 生了孤
木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬碳结构机理
木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬碳结构机理引言木质素是一种复杂的天然有机高分子化合物，广泛存在于植物细胞壁中，是木质部的主要成分之一。
木质素在高温条件下可以进行热解，产生一系列有机化合物和碳质产物。
其中，类石墨微晶的生长和定向构筑对形成硬碳结构起到关键作用。
本文将探讨木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬碳结构的机理。
木质素高温热解过程木质素的高温热解是指在高温条件下，木质素分子发生热解反应，产生碳质产物和有机化合物。
木质素的高温热解过程一般分为三个阶段：干燥失重阶段、裂解阶段和炭化阶段。
干燥失重阶段在木质素高温热解的初期，木质素中的水分开始蒸发，导致样品失重。
这个阶段的温度一般在100-200℃之间。
干燥失重阶段的主要目的是将木质素中的水分蒸发掉，为后续的裂解反应提供干燥的条件。
裂解阶段在干燥失重阶段后，木质素开始发生裂解反应。
裂解阶段的温度一般在200-400℃之间。
在裂解阶段，木质素分子内部的化学键开始断裂，产生大量的有机化合物和碳质产物。
这些有机化合物和碳质产物的生成过程非常复杂，涉及到多种反应机理。
炭化阶段在裂解阶段后，木质素开始发生炭化反应。
炭化阶段的温度一般在400-600℃之间。
在炭化阶段，裂解产物中的有机化合物进一步分解，形成碳质产物。
同时，碳质产物中的碳原子开始重新排列，形成类石墨微晶结构。
类石墨微晶生长机理类石墨微晶是指具有类似石墨结构的微晶体。
在木质素高温热解过程中，类石墨微晶的生长是由于碳质产物中的碳原子重新排列形成的。
碳原子重新排列碳质产物中的碳原子在高温条件下会发生重新排列。
一般来说，碳原子会优先形成芳香环结构，然后再形成长链结构。
在类石墨微晶的形成过程中，碳原子会进一步重新排列，形成具有类似石墨结构的微晶体。
类石墨微晶的生长类石墨微晶的生长是由碳原子的重新排列和结晶过程共同作用的结果。
在高温条件下，碳原子会不断地重新排列，形成更加有序的结构。
Fe-Ni-C体系高温高压生长金刚石单晶的碳源供给
Fe-Ni-C体系高温高压生长金刚石单晶的碳源供给李和胜;李木森;崔建军【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2010(25)2【摘要】在Fe-Ni-C体系中高温高压生长金刚石单晶,通过对触媒和金属包覆膜的物相结构表征、相图分析以及热力学计算等方法探讨金刚石形核长大的碳源供给.研究发现:在金刚石形核的初期,由于石墨的不断熔入,触媒熔体会迅速形成对碳的过饱和溶液,并析出初生渗碳体.金刚石单晶合成之后触媒和金属包覆膜的组织与物相均以渗碳体为主.相图分析发现,金刚石的形核长大伴随有渗碳体的分解.热力学计算表明,在金刚石稳定生长区域,渗碳体向金刚石转变的相变自由能比石墨-金刚石的相变自由能更负.由此说明,Fe-Ni-C体系高温高压生长金刚石单晶的直接碳源并非石墨,而是渗碳体,即金刚石单晶来源于渗碳体高温高压的金刚石化而不是石墨的直接转化.【总页数】5页(P119-123)【作者】李和胜;李木森;崔建军【作者单位】山东大学材料科学与工程学院,山东,济南,250061;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500;山东大学材料科学与工程学院,山东,济南,250061;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500;山东大学材料科学与工程学院,山东,济南,250061;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500【正文语种】中文【中图分类】TQ164【相关文献】1.高温高压下Fe-Ni-C系合成金刚石单晶的机理研究(上) [J], 李和胜;许斌;宫建红;李丽;李木森2.高温高压下Fe-Ni-C系合成金刚石单晶的机理研究(下) [J], 李和胜;许斌;宫建红;李丽;李木森3.高温高压下Fe-Ni-C系中金刚石层状生长的机理探讨 [J], 李和胜;亓永新;李木森4.高温高压下Fe-Ni-C系合成金刚石的研究 [J], 李和胜;李木森5.高温高压生长宝石级金刚石单晶的表面特征研究 [J], 臧传义;陈奎;胡强;黄国锋;陈孝洲;贾晓鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
生物炭制备及其吸附应用研究进展
基金项目大学生创新创业项目(202010142174)。
*通信作者收稿日期2021-09-13摘要生物炭是生物质在绝氧或限氧条件下热解的固态产物,通常因具有特殊的孔隙、官能团结构及稳定的物理化学性质等特点而广泛应用于气态或液态污染物的吸附,并成为目前生物质能资源化利用研究热点。
本文介绍了生物质热解制取生物炭的工艺、生物炭生成机理及目前主要应用领域,重点评述了影响生物炭制备、结构特性及吸附特性的主要因素,并提出了生物质热解制备生物炭及其在吸附领域应用的未来研究方向。
关键词生物质;热解;生物炭;吸附;影响因素中图分类号S216文献标识码A 文章编号1007-5739(2022)09-0133-08DOI :10.3969/j.issn.1007-5739.2022.09.039开放科学(资源服务)标识码(OSID ):Advances on Biochar Preparation and Its Adsorption ApplicationsSHENG Zhu 1DENG Bingjie 2SUN Yang 1*FAN Sichen 1LI Xinyang 1YANG Tianhua 1(1Key Laboratory of Clean Energy of Liaoning Province,College of Energy and Environment,Shenyang Aerospace University,Shenyang Liaoning 110136;2Offshore Environmental Technology &Services (Beijing)Limited Company,Beijing 100125)Abstract Biochar is a solid product of biomass pyrolysis under anaerobic or oxygen-limited conditions.It is widely used in the adsorption of gaseous or liquid pollutants due to its special pore and functional group structure,and stable physicochemical properties.It has become a research hotspot of resource utilization of biomass energy.This paper introduced the preparation process of biochar by biomass pyrolysis,generation mechanism of biochar and current application fields.It focused on the main influence factors of preparation,structural characteristics and adsorbed characteristics of biochar,and it proposed the future research directions of biomass pyrolysis producing biochar and its application in the adsorption field.Keywords biomass;pyrolysis;biochar;adsorption;influence factor生物炭制备及其吸附应用研究进展盛竹1邓兵杰2孙洋1*范思辰1李欣陽1杨天华1(1沈阳航空航天大学能源与环境学院辽宁省清洁能源重点实验室,辽宁沈阳110136;2海油环境科技(北京)有限公司,北京100125)能源与环境问题是人类共同关心的重要课题,关系到经济的发展和人民幸福指数的提高。
《木质素基碳材料的微波法制备及在超级电容器中的应用》范文
《木质素基碳材料的微波法制备及在超级电容器中的应用》篇一摘要：本文详细探讨了木质素基碳材料的微波法制备过程，并对其在超级电容器中的应用进行了研究。
通过微波法合成木质素基碳材料，不仅简化了制备过程，而且提高了材料的电化学性能。
本文首先介绍了木质素基碳材料的背景及研究意义，随后详细描述了制备方法、材料表征及在超级电容器中的应用，最后对实验结果进行了讨论和总结。
一、引言随着人们对可再生能源和绿色化学的关注日益增加，碳材料的研究与应用逐渐成为科研领域的热点。
木质素作为一种丰富的天然高分子化合物，具有独特的结构和化学性质，是制备碳材料的重要原料。
木质素基碳材料因其高比表面积、良好的导电性和优异的电化学性能，在超级电容器领域具有广阔的应用前景。
二、木质素基碳材料的制备方法本文采用微波法合成木质素基碳材料。
该方法具有快速、高效、节能等优点，可大大简化制备过程。
具体步骤如下：1. 材料准备：选择合适的木质素原料，进行必要的预处理。
2. 混合：将木质素与适量的添加剂混合均匀，形成均匀的混合物。
3. 微波反应：将混合物置于微波反应器中，进行微波辐射处理。
在微波辐射过程中，混合物中的有机物发生热解和碳化反应，形成碳材料。
4. 冷却与分离：反应结束后，待混合物冷却至室温，进行分离和清洗，得到木质素基碳材料。
三、材料表征为了全面了解所制备的木质素基碳材料的性能，我们采用了多种表征手段，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等。
结果表明，所制备的碳材料具有较高的比表面积和良好的孔结构，有利于提高其在超级电容器中的电化学性能。
四、木质素基碳材料在超级电容器中的应用超级电容器是一种储能器件，具有高功率密度、长循环寿命等优点。
在超级电容器的制备过程中，碳材料作为电极材料具有重要的应用价值。
将所制备的木质素基碳材料应用于超级电容器的电极材料中，通过电化学测试评价其性能。
实验结果表明，该碳材料具有优异的电化学性能，包括高的比电容、良好的循环稳定性和较高的能量密度。
木质素硬碳负极材料
木质素硬碳负极材料简介木质素是一种存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物，主要由苯环和侧链组成。
它在自然界中广泛存在于木材、纤维素等植物性材料中，具有高度的稳定性和抗降解性。
近年来，研究人员发现木质素可以作为一种优良的硬碳负极材料，用于锂离子电池等能源存储设备。
优点高比容量木质素具有较高的比容量，这意味着它可以储存更多的锂离子，从而提高电池的能量密度。
根据研究，木质素硬碳负极材料的比容量可达到400 mAh/g以上。
高循环稳定性与传统的石墨负极相比，木质素硬碳负极材料具有更好的循环稳定性。
经过多次充放电循环后，其容量保持率更高，并且不会出现明显的容量衰减。
可持续性和环保作为一种天然来源的材料，木质素具有良好的可持续性和环保性。
它可以从植物废弃物、森林剩余物等资源中提取得到，不仅能够减少对有限矿产资源的依赖，还可以降低对环境的污染。
制备方法碳化法碳化法是制备木质素硬碳负极材料的常用方法之一。
该方法将木质素样品在高温下进行热解和碳化处理，使其转变为硬碳材料。
具体步骤如下：1.将木质素样品切割成适当大小的块状。
2.将木质素样品放入高温炉中，在惰性气氛下加热至高温（通常在800-1000℃之间）。
3.经过一定时间的热解和碳化处理后，取出样品并冷却。
4.对得到的硬碳材料进行表面处理，以提高其电化学性能。
化学活化法化学活化法是另一种常用的制备木质素硬碳负极材料的方法。
该方法通过将木质素样品与活性气体（如二氧化碳、水蒸气等）进行反应，使其发生化学活化，并形成具有孔洞结构的硬碳材料。
具体步骤如下：1.将木质素样品与活性气体放入反应器中，并加热至适当温度。
2.在一定时间内进行反应，使木质素发生化学活化。
3.取出样品并进行洗涤和干燥处理，以去除反应产物和杂质。
4.对得到的硬碳材料进行表面处理，以提高其电化学性能。
应用领域锂离子电池木质素硬碳负极材料在锂离子电池中有着广泛的应用前景。
由于其高比容量和良好的循环稳定性，可以显著提高电池的能量密度和使用寿命。
生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第4期开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展唐正1，赵松2，钱雅洁1，薛罡1，贾汉忠2，高品1（1东华大学环境科学与工程学院，上海201620；2西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100）摘要：持久性自由基（PFRs ）因其持续反应活性和潜在毒性而日益受到广泛关注。
生物炭在高温热解和水热碳化制备过程中会产生PFRs ，并可转化形成活性氧物质，从而促进环境污染物的氧化还原转化和降解，同时也产生潜在的环境健康风险。
本文综述了生物炭PFRs 的国内外研究进展，归纳了PFRs 在生物炭制备过程中的形成和转化机制，总结了生物炭PFRs 生成ROS 降解有机污染物、光诱导氧化降解有机污染物、重金属氧化还原转化等方面的环境应用研究现状，初步探讨了生物炭PFRs 的毒性效应，并对今后的研究发展方向提出了展望，以期为生物炭PFRs 的进一步环境应用提供方向和依据。
关键词：生物炭；持久性自由基；高温热解；水热碳化；活性氧物质中图分类号：X50文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）04-1521-07Formation mechanisms and environmental applications of persistent freeradicals in biochar:a reviewTANG Zheng 1，ZHAO Song 2，QIAN Yajie 1，XUE Gang 1，JIA Hanzhong 2，GAO Pin 1(1College of Environmental Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China;2College of NaturalResources and Environment,Northwest A &F University,Yangling 712100,Shaanxi,China)Abstract:Persistent free radicals (PFRs)have attracted increasing attention due to their persistentreactivity and potential toxicity.PFRs can be produced from biochar preparation by high-temperature pyrolysis and hydrothermal carbonization,which can be transformed to form reactive oxygen species and promote the transformation and degradation of environmental pollutants,but it creates potential environmental health risks as well.This review summarized the recent research progress of PFRs in biochar,formation mechanisms of PFRs during biochar preparation.The application studies of organic pollutants degradation by reactive oxygen species(ROS),the light induced oxidation of organic pollutants,and oxidation-reduction of heavy metals mediated by PFRs in biochar were also reviewed.And thetoxicity of PFRs in biochar was preliminarily discussed.Finally,the future research directions with respect to PFRs in biochar were suggested.The aim of this work were to provide direction and evidence for the environmental applications of PFRs in biochar.Keywords:biochar;persistent free radicals;high-temperature pyrolysis;hydrothermal carbonization;reactive oxygen species综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1284收稿日期：2019-08-09；修改稿日期：2019-10-22。
木质素热裂解制备多孔碳材料及在超级电容器中的应用
Z S T UZhejiang Sci-Tech University硕士专业学位论文Professional Master’s Thesis中文论文题目：木质素热裂解制备多孔碳材料及在超级电容器中的应用英文论文题目：Preparation of Porous Carbon Materials by ThermalPyrolysis of Lignin and Its Application inSupercapacitors专业学位类别：工程硕士专业学位领域：轻工技术与工程作者姓名：张子明指导教师：薛国新教授/郭大亮讲师递交日期：2017年12月19日木质素热裂解制备多孔碳材料及在超级电容器中的应用摘要木质素作为自然界中具有芳香性的高分子聚合物受到广泛关注。
本文以木质素为原料，通过直接热裂解和催化热裂解两种方法制备多孔碳材料，并对其热解特性用SEM，粒径，有机元素，热重，傅里叶红外五种方法进行分析。
其中，直接热裂解讨论了不同温度对热解特性的影响，催化热裂解讨论了不同碳碱比对热解特性的影响。
然后对不同热裂解方法得到的碳孔材料用于超级电容器电极材料，讨论其电化学性能。
结果表明，木质素热裂解过程都分为三个阶段：自由水脱除、挥发分析出和深度热裂解。
木质素的热裂解过程相对复杂，可以看作是化学键的不断的断裂和重组的过程，在较低的温度下木质素芳环上支链的官能团断裂，生成脂肪族物质，随着温度的升高，苯环也开始断裂，大分子的结构热裂解为小分子，在高温下自由基进一步重组。
木质素直接热解所得碳孔材料形貌成球状或半球状，表面存在大量孔隙，且表面粗糙，有起伏结构。
粒径分布均匀，且随温度的升高粒径变小。
催化热裂解所得碳孔材料形貌成球状或半球状，其形貌大部分都为半球状，且表面粗糙有起伏结构，表面存在大量孔结构。
但随着碳碱比的提高，起伏结构变得越来越不明显。
分布规律基本一致，平均粒径在66微米左右。
相比于直接热裂解氢氧化钠催化裂解有利于碳孔材料粒径变小，且粒径大小与氢氧化钠的添加量无关。
制备生物炭的结构特征及炭化机理的XRD光谱分析
制备生物炭的结构特征及炭化机理的XRD光谱分析郑庆福1，2，3，王志民1，陈保国1，刘贵峰4，赵吉2，3*【摘要】XRD光谱分析是研究物质内部结晶结构物质的重要手段。
利用X射线技术分析了不同物料来源和制备方式对生物炭结晶结构特征及其炭化机理。
结果表明：生物炭均含有d101和d002晶面衍射峰类石墨微晶纤维素炭，但炭化后析出的盐分随不同物料，差异较大，如牛粪、蓖麻粕以及糠醛渣的CaCO3含量要高于其他生物炭，而仅牛粪与蓖麻粕含有CaMg(CO3)2。
随温度升高，玉米秸秆炭中半纤维素优先分解，然后为纤维素石墨微晶化，结晶度提高，向更稳定的碳化合物转化。
其中的矿物盐分随着炭化裂解温度升高，由稀土类氧化物→醋酸盐类物质→碳酸盐类物质逐步析出，CaCO3的含量也随之增多。
不同炭化方法的炭化机理不同，先干燥后炭化可促进半纤维素的分解，高温微波处理则是强烈震荡，主要促进物质多键断裂分解，碳酸盐类物质析出相对较少。
通过X射线衍射分析可以很好研究生物炭内部结构结晶特征，可有效反映其炭化过程裂解机理。
【期刊名称】光谱学与光谱分析【年(卷),期】2016(036)010【总页数】5【关键词】XRD；生物炭；炭化机理；炭化温度引言生物炭(biochar)是指生物有机质在无氧或缺氧条件下低温热解转化后的固体产物[1-2]，是一种碳含量高、多孔性、碱性、吸附能力强、多用途的材料[3-4]。
由于生物炭在炭化的过程中会有结晶物质析出，会对其结构和性质产生影响，因此不同的物料和炭化机制制备出的生物炭的XRD结果不同，如施入土壤前后的竹炭XRD的衍射峰大致相同，部分衍射峰强度出现降低和变宽的现象[1,4]。
王群在研究生物质源和制备温度对生物炭构效影响的XRD分析，表明植物类生物炭含有大量KCl，而市政垃圾类生物炭中主要矿物为CaCO3[1]。
当热解温度升至200 ℃时生物炭中水溶性的P，Ca和Mg增加，温度继续升高则速效P 含量降低，XRD分析是由于在生物炭中生成了磷钙矿[5-6]。
木质素改性高耐磨酚醛树脂的制备及性能研究_朱臻
第19卷第1期2011年3月纤维素科学与技术Journal of Cellulose Science and TechnologyV ol. 19 No. 1Mar. 2011文章编号：1004-8405(2011)01-0013-06木质素改性高耐磨酚醛树脂的制备及性能研究朱臻，程贤甦*（福州大学材料科学与工程学院，福建福州 350108）摘要：利用酶解木质素（EHL）和腰果壳油（CNSL）改性热塑性酚醛树脂，讨论了不同酚醛摩尔比、CNSL用量和1,4-丁二醇对改性树脂性能的影响。
研究表明，木质素及腰果壳油双改性的酚醛树脂耐热性能优于腰果壳油改性的酚醛树脂。
改性后酚醛树脂基摩擦材料具有良好的摩擦磨损性能，更适合作为摩擦材料的树脂基体。
关键词：酶解木质素；热塑性酚醛树脂；摩擦性能；腰果壳油中图分类号：O636.2 文献标识码：A摩擦材料在汽车、火车、飞机等交通运输工具中起着至关重要的作用。
一般来说，刹车片由树脂基体粘结剂、增强相、填料等三大组元构成。
酚醛树脂（PF）作为最常用的基体组元，它把各种组分有机地粘结在一起，并传递和均匀载荷。
无机填料普遍都能耐较高的温度，而树脂是热稳定性能最差的组元，易在高温下发生降解，导致制样失效，特别是PF结构上两苯环之间夹一亚甲基，这种结构造成刚性基团（苯环）密度过大、空间位阻大、链节旋转自由度小，致使PF的韧性较差，同时因酚羟基和亚甲基容易氧化，耐热性也受到影响，已不能满足高性能摩擦材料的要求[1-4]。
采用腰果壳油（CNSL）改性PF树脂，在达到增韧PF 树脂效果的同时，使改性后的摩擦材料在摩擦过程中产生了一层柔韧的碳化膜而不易脱落，磨耗降低，热衰退现象有所改善。
这是因为CNSL其主要结构特征是苯酚的间位上带有长链脂肪烃，起到内增塑作用。
因此，CNSL既含有刚性基团又含有柔性基团，并具有酚类化合物的特征。
木质素是一种天然高分子化合物，本身就有粘结性，再经过酚、醛或其它方法改性，其粘结性会更佳[5]。
纳米木质素基多孔炭的制备及其电化学性能
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第6期纳米木质素基多孔炭的制备及其电化学性能娄瑞1，刘钰1，田杰1，张亚男2（1陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021；2陕西科技大学化学与化工学院，陕西西安710021）摘要：基于绿色低共熔溶剂（DES ）高效分离麦草生物质组分以制备纳米木质素（LNP ），本文采用化学活化法并进一步热解炭化制备纳米木质素基多孔炭（LNPC ）。
借助SEM 、Raman 、BET-物理吸附等分析手段研究了锌系活化剂及热解炭化温度（600℃、700℃、800℃）对LNPC 的结构特征及电化学性能的影响。
研究结果表明，相对于LNP 直接热解炭化后纳米碳粒子的极易团聚，经锌化物活化后所制备的LNPC 表现出更好的分散性和多级孔道形貌结构。
尤其，以ZnCO 3活化后制备的LNPC-ZnCO 3-800具有更突出的性能，较高石墨化程度（I D /I G 为0.68）、较高BET 比表面积（679m 2/g ）、高介孔率（86.7%）、均匀纳米碳粒子构成的介孔结构。
此外，以LNPC-ZnCO 3-800制备的工作电极，在0.5A/g 时的比电容可达179F/g ，与直接热解炭化的LNPC-800（64F/g ）相比，其比电容的容量提高了180%。
关键词：纳米木质素；活化；热解；多孔炭；电化学中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）06-3170-08Preparation of LNP-based hierarchical porous carbon and itselectrochemical propertiesLOU Rui 1，LIU Yu 1，TIAN Jie 1，ZHANG Yanan 2(1College of Mechanical and Electrical Engineering,Shaanxi University of Science and Technology,Xi ’an 710021,Shaanxi,China;2College of Chemistry and Chemical Engineering,Shaanxi University of Science and Technology,Xi ’an710021,Shaanxi,China)Abstract:Based on green deep eutectic solvent (DES),wheat straw biomass fractionations were efficiently isolated to prepare lignin nanoparticles (LNP).LNP-based carbon (LNPC)with hierarchical porous microstructure was prepared by chemical activation and further pyrolysis and carbonization.The influences of Zn-activators and pyrolysis temperatures (600℃,700℃,800℃)on the structural properties and electrochemical performances of LNPC were studied by means of SEM,Raman,BET analyzers,etc .The results proved that the activated LNPC with Zn-activators exhibited better dispersibility and more hierarchical porous morphology compared with LNPC from direct pyrolysis consisted of massive carbon nanoparticles aggregation.In particular,LNPC-ZnCO 3-800possessed outstanding performances on better graphitization (I D /I G =0.68),higher BET specific surface area (679m 2/g),more mesoporous pores (86.7%)and uniform carbon nanoparticles.Moreover,LNPC-ZnCO 3-800had a high specific capacitance of 179F/g at a current density of 0.5A/g,which was 180%higher than that of LNPC-800(64F/g).Keywords:lignin nanoparticles;activation;pyrolysis;porous carbon;electrochemical研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1567收稿日期：2021-07-23；修改稿日期：2021-09-18。
木质素纳米炭的制备及作为锂离子电池负极的性能研究
2021 年 6 月
高等学校化学学报
CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES
No.6
1807~1815
doi：10.7503/cjcu20200904
木质素纳米炭的制备及作为锂离子 电池负极的性能研究
易聪华，苏华坚，钱 勇，李 琼，杨东杰
（华南理工大学化学与化工学院, 广州 510640）
1808
高等学校化学学报
Vol.42
1 实验部分
1.1 原料、试剂与仪器 酶解木质素（EHL）从玉米秸秆的生物炼制残渣中分离提取，由山东龙立生物技术有限公司提供，
通过酸化、过滤和去离子水洗涤进行纯化；二水合乙酸锌［Zn（CH3COO）2·2H2O，分析纯，纯度≥99. 0%］ 和氨水（NH3·H2O，分析纯，质量分数 25%~28%）购于阿拉丁试剂（上海）有限公司；超导炭黑、聚偏二 氟乙烯（PVDF，电池级）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP，电池级）、金属锂片、单面铜箔、Celgard2300 隔膜 和 CR2032 型电池配件均购于科晶智达科技（深圳）有限公司；电解液［1 mol/L 六氟磷锂（LiPF6）的炭酸 乙烯酯（EC）/炭酸二乙酯（DEC）/炭酸二甲酯（DMC）（体积比为 1∶1∶1）的溶液，并添加了 5% 的氟代炭酸 乙烯酯（FEC）］购于天赐高新材料股份（广州）有限公司 .
将 0. 5 g 纯化 EHL 溶于氨水溶液（pH=10）中得溶液 A，将 2. 7 g Zn（CH3COO）2·2H2O 溶于去离子水 中得溶液 B. 将溶液 B 缓慢滴入溶液 A 中，并不断搅拌 30 min，随后转移至 100 mL 的内衬为聚四氟乙烯 的高压水热反应釜中，在 120 ℃下反应 6 h 后冷却至室温，过滤并用去离子水洗涤 3 次，在 60 ℃下干燥 后得低分子量木质素/氧化锌复合物（LWL/ZnO）. 将 LWL/ZnO 置于管式炉中，在氮气氛围中以 5 ℃/min 的升温速率从室温升至 650 ℃并保持 2 h，得纳米木质素炭/氧化锌复合物（NLC/ZnO）. 最后，将 NLC/ ZnO 分散于足量的 0. 5 mol/L 盐酸溶液中，搅拌 24 h，随后过滤并用去离子水洗涤至滤液呈中性，再将 滤渣置于 60 ℃下干燥后得到木质素纳米炭（NLC）. 另外，直接将纯化 EHL 置于氮气氛围下升温至 650 ℃并保持 2 h，得木质素炭（LC）. 1.3 电化学性能的测试
木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬碳结构机理
木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬碳结构机理摘要：一、引言二、木质素高温热解过程中的类石墨微晶生长三、类石墨微晶的定向构筑形成硬碳结构四、硬碳结构的应用前景五、结论正文：一、引言木质素是一种广泛存在于植物细胞壁中的有机物质，由多种酚类化合物聚合而成，具有高度的芳香性和稳定性。
近年来，木质素的高温热解过程受到了广泛关注，因为通过这一过程可以获得具有高附加值的硬碳材料。
本文将探讨木质素高温热解过程中类石墨微晶的生长与定向构筑形成硬碳结构的机理。
二、木质素高温热解过程中的类石墨微晶生长木质素在高温条件下（通常为300-1000 摄氏度）会发生热解反应，产生大量的气体、液体和固体副产品。
在这些副产品中，类石墨微晶是重要的组成部分。
类石墨微晶是由酚类分子经过热解后形成的碳纳米材料，具有类石墨的层状结构和较高的结晶度。
在木质素高温热解过程中，类石墨微晶会随着温度的升高和反应时间的延长而逐渐生长。
三、类石墨微晶的定向构筑形成硬碳结构类石墨微晶在高温热解过程中不仅会生长，还会发生定向构筑，形成具有一定方向性和有序性的硬碳结构。
这种结构具有较高的硬度和热稳定性，因此在工业领域具有广泛的应用前景。
硬碳结构的形成主要受到以下几个因素的影响：反应温度、反应时间、木质素原料的种类和含量以及副反应产物的生成。
通过优化这些因素，可以有效地调控硬碳结构的性质和性能。
四、硬碳结构的应用前景硬碳结构材料具有优良的物理、化学和机械性能，因此在能源、环保、化工等领域具有广泛的应用前景。
例如，硬碳材料可以作为高性能的电极材料应用于锂离子电池、超级电容器等领域；也可以作为催化剂或催化剂载体，用于石油化工、环境保护等过程。
随着硬碳材料制备技术的不断发展，其在工业领域的应用前景将更加广阔。
五、结论木质素高温热解过程中类石墨微晶的生长与定向构筑形成硬碳结构是一个复杂的物理化学过程，受到多种因素的影响。
通过深入研究这一过程，可以有效地优化硬碳材料的制备条件，提高其性能和应用范围。
一种微晶石墨-硬碳复合负极材料的制备方法与流程
一种微晶石墨-硬碳复合负极材料的制备方法与流程一种微晶石墨-硬碳复合负极材料的制备方法与流程一、背景介绍微晶石墨-硬碳复合负极材料是锂离子电池中一种重要的电极材料，具有高比容量、优异的循环性能和良好的电导率。
它的制备方法和流程对于电池性能的提升起着至关重要的作用。
本文将介绍一种制备微晶石墨-硬碳复合负极材料的方法与流程，并对其进行深入分析和评估。
二、制备方法1. 材料准备：选择适量的微晶石墨粉和硬碳前驱体。
2. 混合均匀：将微晶石墨粉和硬碳前驱体按一定比例混合均匀，确保两者充分接触。
3. 添加粘结剂：在混合物中添加合适的粘结剂，提高复合材料的结合强度。
4. 成型压片：将混合物进行压片成型，制备成需要的形状和尺寸。
5. 热处理：通过高温热处理使粘结剂烧结，形成微晶石墨-硬碳复合材料。
三、流程分析1. 材料选择：微晶石墨和硬碳前驱体是制备复合负极材料的基础，选择合适的原料对于最终材料性能至关重要。
2. 混合均匀：混合均匀是保证两种材料充分接触的前提，对于复合材料的性能具有重要影响。
3. 粘结剂选择：粘结剂的添加可以提高复合材料的结合强度，但过多的粘结剂会影响复合材料的比容量和循环性能。
4. 成型压片：成型压片的形状和尺寸决定了最终复合材料的形态和应用场景。
5. 热处理：热处理是使得粘结剂烧结，微晶石墨和硬碳充分结合的关键步骤。
四、个人观点与理解微晶石墨-硬碳复合负极材料的制备方法涉及到多个环节，每个环节都对最终材料性能起着至关重要的作用。
在实际操作中，需要严格控制每个步骤，以确保最终材料具有良好的电化学性能和循环稳定性。
随着锂离子电池的广泛应用，对于微晶石墨-硬碳复合负极材料的研究和制备技术也将会得到进一步的深化和拓展。
总结回顾通过本文对一种微晶石墨-硬碳复合负极材料的制备方法与流程进行全面评估和深入分析，我们对该材料的制备工艺有了更加清晰的认识。
在实际操作中，我们需要注重材料的选择、混合均匀、粘结剂的添加、成型压片和热处理等关键环节，以确保最终材料具有优异的电化学性能和循环稳定性。
《纤维素-木质素衍生硬碳负极材料的制备及其储钠性能研究》范文
《纤维素-木质素衍生硬碳负极材料的制备及其储钠性能研究》篇一纤维素-木质素衍生硬碳负极材料的制备及其储钠性能研究一、引言随着能源危机与环境污染问题日益严峻，可充电电池在能量储存和能源转化方面得到了广泛的关注。
硬碳材料作为负极材料，具有稳定的结构和优良的电化学性能，是锂离子电池和钠离子电池领域的重要研究对象。
本篇论文以纤维素/木质素为原料，通过热解法合成硬碳负极材料，并对其储钠性能进行深入研究。
二、材料制备1. 材料选择与预处理本实验选择纤维素和木质素作为原料。
首先对原料进行清洗、干燥和粉碎处理，以提高其反应活性。
2. 硬碳材料的制备将预处理后的纤维素和木质素按一定比例混合，在惰性气氛下进行热解反应，制备硬碳材料。
反应温度、时间和气氛等因素对最终产品的性能有重要影响。
三、结构与性能表征1. 结构分析利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对硬碳材料的晶体结构、微观形貌和元素组成进行表征。
2. 电化学性能测试采用恒流充放电测试、循环伏安测试（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法，评估硬碳材料的储钠性能。
包括比容量、充放电效率、循环稳定性和倍率性能等方面。
四、储钠性能研究1. 硬碳材料的储钠机制硬碳材料在储钠过程中，主要通过吸附和插入两种机制实现储能。
通过对电化学性能测试数据的分析，揭示了硬碳材料在储钠过程中的反应机理。
2. 影响因素分析反应温度、时间和原料比例等因素对硬碳材料的储钠性能有显著影响。
通过优化制备条件，可以提高硬碳材料的电化学性能。
此外，通过对比不同原料配比下的硬碳材料性能，发现木质素的引入有助于提高材料的比容量和循环稳定性。
五、结论与展望本实验以纤维素/木质素为原料，通过热解法制备了硬碳负极材料，并对其储钠性能进行了深入研究。
结果表明，优化后的硬碳材料具有较高的比容量、良好的循环稳定性和倍率性能。
此外，木质素的引入有助于进一步提高材料的电化学性能。
这为硬碳材料在钠离子电池领域的应用提供了新的思路。
液氮冷冻-真空解冻预处理木质素制备导电炭及其性能
林业工程学报，２０２３，８（４）：１２１－１２８ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２２１１０２０收稿日期：２０２２－１１－１５㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０５－１１基金项目：国家级大学生创新创业训练计划（２０２２１０２２５２７４）；国家自然科学基金（５２０７５０９０）㊂作者简介：卫家祺，男，研究方向为生物质炭材料㊂通信作者：赵佳宁，男，讲师㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉａｎｉｎｇｚｈａｏｎｅｆｕ＠１６３．ｃｏｍ液氮冷冻⁃真空解冻预处理木质素制备导电炭及其性能卫家祺，徐一舜，刘国鑫，郗文瑄，高峰祥，赵佳宁∗（东北林业大学材料科学与工程学院，哈尔滨１５００４０）摘㊀要：为了提高工业废弃生物质的附加值和进一步改善木质素高温热解炭的导电性能，笔者通过简单的液氮冷冻⁃真空解冻预处理结合高温碳化的方法将玉米秸秆中提取的酶解木质素制备成具有更高导电性能的木质素导电炭材料（ＰＬＣ）㊂通过电阻率测试探究了不同碳化温度㊁碳化保温时间以及预处理时间对导电炭电阻率的影响，同时采用扫描电子显微镜㊁Ｘ射线衍射仪㊁Ｘ射线光电子能谱仪和拉曼光谱等测试手段对不同碳化保温时间下炭材料的石墨化程度以及导电性能进行了评价㊂结果表明：经过预处理后的木质素能够在高温条件下热解碳化形成石墨化程度更高㊁导电性更好的炭材料，在热解温度为１０００ħ㊁碳化时间为１ｈ时，ＰＬＣ电阻率就能达到０．１１２Ω·ｃｍ㊂同时，ＰＬＣ均为过渡态炭且含有少量氮元素，在高温条件下随着碳化保温时间增加，其无定形结构增加，有序性减小，导电性能和炭产率同步降低㊂因此，ＰＬＣ能够充分地节省时间成本，从而提高工作效率㊂关键词：木质素；预处理；导电炭；生物质石墨化；导电性能中图分类号：ＴＱ３５；ＴＫ６㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０４－０１２１－０８Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｆｒｏｍｌｉｇｎｉｎｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｂｙｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎｆｒｅｅｚｉｎｇ⁃ｖａｃｕｕｍｔｈａｗｉｎｇＷＥＩＪｉａｑｉ，ＸＵＹｉｓｈｕｎ，ＬＩＵＧｕｏｘｉｎ，ＣＨＩＷｅｎｘｕａｎ，ＧＡＯＦｅｎｇｘｉａｎｇ，ＺＨＡＯＪｉａｎｉｎｇ∗（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌ，ｂｉｏｍａｓｓｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｂｉｏｍａｓｓｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｌｏｗｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ，ｇｏｏｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄｒｅｎｅｗ⁃ａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｈｉｇｈｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓｄｕｅｔｏｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｖａｌｅｎｔｂｏｎｄｓｂｅｔｗｅｅｎａｔｏｍｓｉｎｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｆｒｅｅｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｌｏｗｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｓｔｈａｔｔｈｅｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｈａｓａｖｅｒｙｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙ，ｗｈｉｃｈａｌｌｏｗｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｏｂｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｅｌｌ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｂｉｏｍａｓｓｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｅｎｅｒｇｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ．Ａｓａｎａｔｕｒａｌｒｅｎｅｗａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｌｉｇｎｉｎｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ａｓａｂｙ⁃ｐｒｏｄｕｃｔｏｆｌｉｇｎｉｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓ，ｌｉｇｎｉｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｇｏｏｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｇｏｏｄｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｙｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ，ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｎａｎｏｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ．Ａｓａｋｉｎｄｏｆｎｅｗｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｔｈｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ⁃ｔｉｃｓｏｆｂｉｏｍａｓｓｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｖｉｄｅａｂｒｏａｄｓｐａｃｅｆｏｒｉｔｓｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅａｎｅｗｉｄｅａｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｖａｌｕｅ⁃ａｄｄｅｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈｉｇｈｖａｌｕｅ⁃ａｄｄｅｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｂｉｏｍａｓｓａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｌｉｇｎｉｎｐｙｒｏｌｙｔｉｃｃａｒｂｏｎ，ｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｌｉｇｎｉｎｃａｒｂｏｎ（ＰＬＣ）ｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｆｔｅｒａｓｉｍｐｌｅｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎｆｒｅｅｚｉｎｇ⁃ｖａｃｕｕｍｔｈａｗｉｎｇｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｃａｒ⁃ｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅｓ，ａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅｓｏｎｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅ⁃ｓｉｓｔｉｖｉｔｙｔｅｓｔｓ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，Ｘ⁃ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，Ｘ⁃ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，Ｒａｍａｎｔｅｓｔｓ，ａｎｄｏｔｈｅｒｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｉ⁃ｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｌｉｇｎｉｎｃａｎｂｅｐｙｒｏｌｙｚｅｄａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｏｆｏｒｍｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅａｎｄｂｅｔｔｅｒｃｏｎ⁃林业工程学报第８卷ｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓ１０００ħａｎｄｔｈｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅｗａｓ１ｈ，ｔｈｅＰＬＣｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｃｏｕｌｄｒｅａｃｈ０．１１２Ω㊃ｃｍ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ＰＬＣｉｓａｋｉｎｄｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌｃａｒｂｏｎｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓａｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ｕｎｄｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｏｒｄｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｖｅｒｓｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｃａｒｂｏｎｙｉｅｌｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＰＬＣｃａｎｆｕｌｌｙｓａｖｅｔｉｍｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｎｉｎ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎ；ｂｉｏｍａｓｓｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ㊀㊀生物质资源具有储量丰富㊁分布范围广且可循环再生的优势，已成为当今能源与生态环境学领域的热门研究话题［１］㊂将生物质能源通过加工处理后进行循环利用具有重要的实际意义［２－３］㊂生物质在缺氧的条件下通过高温碳化热解，可以得到孔隙结构丰富㊁比表面积高㊁电导性优异㊁物理化学稳定性良好的生物质炭材料［４－５］㊂目前生物质炭材料的研究已经广泛地应用在超级电容器［６－７］㊁有机污染物或离子吸附［８］㊁电磁屏蔽材料［９］等众多领域㊂然而大多数生物质因其结构复杂等原因一般都需要通过催化剂和物理以及化学活化等烦琐工艺生产，因此，低成本的炭材料及简化的炭材料前驱体的预处理方法是降低炭材料生产成本㊁扩大生物质炭材料应用领域和进一步优化炭材料性能的必要前提［１０］㊂木质素是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质资源，其已被广泛用于制备各种功能炭质材料［１１－１２］㊂利用木质素为原料制备导电炭材料的研究已被广泛报道㊂周慧龙等［１３］认为木质素热解炭的导电性能与最终热解温度和催化剂有关，生物质导电炭的导电性能随着温度的升高而同步提高，在Ｎｉ催化剂的作用下，温度达到１１００ħ时电阻率能达到０．１２５Ω㊃ｃｍ㊂Ｉｓｈｉｉ等［１４］将木质素溶解在氯化亚铁水溶液中，通过冷冻干燥后，在１２００ħ下催化碳化生产石墨烯，研究发现，铁催化剂和木质素的特性对于生产高质量的石墨烯至关重要，但其对导电性能没有进一步深入研究㊂Ｙａｎｇ等［１５］将三聚氰胺接枝到木质素上，合成了木质素／三聚氰胺树脂，并在催化剂作用下将其在１０００ħ下热解制备成氮掺杂硬碳，氮掺杂和石墨化结构增强了材料的电子导电性，改善了木质素硬碳的电化学性能㊂生物质炭无法在高温下形成良好的多层石墨化结构，因为前驱体在热裂解过程中并没有经过融合状态而保持了原分子结构，且无序结构的热稳定性很强，以至于多级石墨化微晶之间难以接近，导电能力无法提高㊂已有研究表明，通过预处理等方式可以有效改善生物质材料的结构及性能㊂司洪宇等［１６］通过快速升温法将经过液氮超低温预处理后的椰壳迅速高温碳化，在相对低温下获得了大比表面积的活性炭，分析认为液氮预处理能够加强原子的振动强度，使碳化反应更易进行㊂Ｄｕ等［１７］采用快速冷冻干燥技术对木质素进行预处理获得了多孔㊁柔软和分散的微结构，通过对多孔炭的表征提出了１种可以由木质素前驱体合成３Ｄ石墨烯的化学机理㊂张华等［１８］通过使用甲醛等交联剂对废弃竹粉进行了交联预处理，之后再通过高温碳化得到了石墨化程度较高的生物质炭，通过对比发现交联预处理对生物质石墨制备具有促进作用㊂基于此，为了提高木质素高温热解炭的导电性能，笔者在已有研究成果的基础上，对工业废弃产物的酶解木质素采用全新的液氮超低温冷冻⁃真空解冻的预处理工艺，结合最简单的一次碳化工艺制取了木质素导电炭材料，研究不同碳化温度以及预处理时间对材料电阻率的影响，通过比对不同碳化时间来探究预处理前后石墨化程度的变化，为废弃物的高附加值利用和生物质导电炭材料进一步优化研究提供一个可行途径㊂１㊀材料与方法１．１㊀原料及试剂玉米秸秆酶解木质素（ｒａｗｌｉｇｎｉｎ，ＲＬ），纯度ȡ９０．００％，购买于松原来禾化学有限公司；液氮㊁高纯氮气（纯度ȡ９９．９９９％），购买于黑龙江卿华工业气体有限公司；无水乙醇㊁盐酸和蒸馏水等均为市售㊂１．２㊀试验方法１．２．１㊀酶解木质素的预处理取出一定量充分烘干去除水分的ＲＬ，放入圆柱形不锈钢容器底部均匀铺开，然后向其中倒入足量的液氮，使ＲＬ被完全浸渍㊂将容器移置于保温箱中超低温冷冻充分预处理，木质素被浸泡不同时间段后取出㊂待容器中残存的液氮逐渐挥发殆尽时，迅速将样品放入８０ħ真空干燥烘箱中复温３ｈ，随后取出样品恢复常温，将其在高压下压片，得到预处理的木质素（ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｌｉｇｎｉｎ，ＰＬ）㊂２２１㊀第４期卫家祺，等：液氮冷冻⁃真空解冻预处理木质素制备导电炭及其性能１．２．２㊀酶解木质素的热解碳化工艺称取适量ＰＬ放入热解碳化舟中，依次并列摆放于高温气氛管式炉（ＬＴＫＣ⁃４⁃１２Ａ型）中，在氮气气氛下按照拟定好的程序加热到６００ １０００ħ，升温速率为１０ħ／ｍｉｎ，对ＰＬ进行一步碳化处理，并在最优温度下分别碳化保温１，２，３ｈ㊂待冷却到１００ħ以下后打开装置将产物取出，反复洗涤去除煤焦油等杂质，随后通过真空抽滤㊁加热烘干，得到木质素导电炭（ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｌｉｇｎｉｎｃａｒｂｏｎ，ＰＬＣ）㊂将直接碳化制备的木质素（ｒａｗｌｉｇｎｉｎｃａｒｂｏｎ，ＲＬＣ）作为参比㊂１．３㊀结构分析及导电性能测试采用Ｍａｇｎａ⁃ＩＲ５６０型傅里叶红外光谱仪（Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ＦＴ⁃ＩＲ）分析样品预处理前后的化学组成及结构和原子基团；采用布鲁克４００Ｍ型核磁共振分析仪分析了预处理前后木质素的结构和原子基团；使用日本理学ＲｉｇａｋｕＵｌｔｉｍａＩＶ型Ｘ射线衍射仪（Ｘ⁃ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）和ＡＴＲ８１００型拉曼光谱仪（Ｒａ⁃ｍａｎ）分析导电炭的晶态结构及石墨化程度；采用ＥＳＣＡＬＡＢ２５０Ｘｉ型Ｘ射线光电子能谱仪（Ｘ⁃ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＸＰＳ）对导电炭的表面元素类型和连接方式进行表征；使用ＺＥＩＳＳＧｅｍｉｎｉ３００型扫描电子显微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＥＭ）研究导电炭的微观形态；采用赛默飞ＩＳ５０热重红外联机ＳＴＡ⁃２５００对碳化过程中预处理木质素官能团演变及热解机理进行分析；使用ＳＴ２７２２⁃ＳＺ四探针半导体粉末电阻测试仪测试各种导电炭的电阻率，导电炭粉末的电阻率ρ可根据式（１）计算得出：ρ＝ＣˑＧ（ＷＳ）ˑＤ（ｄＳ）ˑＵＩ（１）式中：ρ为被测粉末的电阻率，Ω㊃ｃｍ；Ｗ为粉末受压下的高度，ｍｍ；Ｄ为装粉末容腔的直径，ｍｍ；Ｓ为四探针相邻两针的间距，ｍｍ；Ｃ为探针间距修正系数；Ｇ（Ｗ／Ｓ）为高度修正系数；Ｄ（ｄ／Ｓ）为形状位置修正系数；Ｕ为工作电压，Ｖ；Ｉ为工作电流，Ａ㊂２㊀结果与分析２．１㊀酶解木质素的元素分析在构成木质素的元素中，公认的是木质素主要由Ｃ㊁Ｈ和Ｏ３种元素组成㊂由表１可以看出，酶解木质素中Ｃ元素质量分数为６１．７３％，Ｈ元素质量分数为６．６４％，两者之比接近苯（苯类）的碳氢之比㊂木质素的结构单元苯环上拥有甲氧基，氧元素的质量分数为２６．４３％㊂除了这３种元素，木质素还含有少量氮元素，其含量为０．６７％㊂由于木质素分离的方法及来源的植物物种不同，木质素的元素组成也有差别㊂为了更好理解与表达木质素这种复杂的生物高分子结构，所以把酶解木质素主要元素的分析结果以Ｃ９经验式来表达㊂表１㊀酶解木质素的主要元素组成及Ｃ９经验式Ｔａｂｌｅ１㊀ＴｈｅｍａｉｎｅｌｅｍｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｎａｆｔｅｒｅｎｚｙｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｎｄｉｔｓＣ９ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａ样品Ｃ元素质量分数／％Ｈ元素质量分数／％Ｏ元素质量分数／％Ｎ元素质量分数／％Ｃ９经验式酶解木质素６１．７３６．６４２６．４３０．６７Ｃ９Ｈ１１．６２Ｏ２．８９２．２㊀预处理前后样品及导电炭的红外分析为了探究预处理前后木质素化学结构和基团的变化，对预处理前后的木质素样品进行ＦＴ⁃ＩＲ分析，如图１所示㊂由图１可知，３３３７ｃｍ－１处为 ＯＨ伸缩振动吸收峰，２９７５和２８４４ｃｍ－１处为 ＣＨ３和 ＣＨ２的伸缩振动吸收峰，１７００ｃｍ－１处为酯类羰基Ｃ Ｏ的拉伸振动吸收峰［１８］㊂通过对比ＲＬ和ＰＬ的ＦＴ⁃ＩＲ结果发现，这些特征吸收峰的峰强几乎没有变化㊂但ＰＬ在１６００，１５１０和１４６０ｃｍ－１处的芳香环骨架振动特征吸收峰［１９］峰强有明显的提高，这可能是由于预处理后，原子的振动强度增强，反应活性得以提高㊂图１㊀预处理前㊁后木质素的红外光谱图Ｆｉｇ．１㊀Ｆｏｕｒｉｅｒｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒａｏｆｌｉｇｎｉｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ２．３㊀酶解木质素的核磁共振碳谱分析ＲＬ和ＰＬ的１３Ｃ核磁共振谱图见图２㊂图２中化学位移δ４０处为ＤＭＳＯ⁃ｄ６㊂以芳环骨架上的Ｃ（化学位移δ５０ ６０）积分作为基准１，对ＰＬ和ＲＬ中的甲氧基㊁醚键定量积分㊂经过液氮冷冻预处理后，木质素中甲氧基上的Ｃ（化学位移δ１６５ １７５）积分值由－１１．５１变化为－４２．０７，表明ＰＬ中甲氧基减少，羧基含量明显增多㊂这与红外分析结果一致，表明液氮超低温预处理后木质素的结构活性得以提高㊂３２１林业工程学报第８卷图２㊀预处理前㊁后木质素核磁共振碳谱Ｆｉｇ．２㊀１３Ｃｎｕｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｌｉｇｎｉｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ２．４㊀ＲＬＣ和ＰＬＣ的电阻率及炭产率分析通过已有的研究可知，不同的碳化温度和催化剂会影响木质素导电炭的电阻率，其炭化温度越高电阻率越低［１３］㊂ＲＬＣ和ＰＬＣ的电阻率及炭产率随碳化温度的变化曲线见图３㊂由图３ａ可知，当碳化温度较低时，木质素导电炭的导电机理属于离子导电［２０］㊂预处理的木质素导电炭ＰＬＣ电阻率明显低于未经过预处理的ＲＬＣ，这可能是因为冷冻高压预处理后木质素结构更加密实，在碳化热解的过程中，杂原子能够更容易相互缔合形成导电介质，提高炭材料的导电性能㊂当温度高于９００ħ，杂原子逐渐析出后，ＰＬＣ比ＲＬＣ更容易提前发生石墨化转变，这可能是因为通过液氮冷冻预处理加强了前驱体的原子振动强度，使得Ｃ Ｏ键在高温时更容易断裂，进一步促使生物质炭石墨化［１６］㊂在１０００ħ时，ＰＬＣ内生成大量石墨微晶结构，进而形成类石墨的乱层结构，导电性能得到进一步提升，其电阻率降低为０．１１２Ω㊃ｃｍ㊂由图３ｂ可以看出，所有样品炭的炭产率也随着温度的变化呈现出下降的趋势，但随着温度升高，ＰＬＣ的炭产率明显高于ＲＬＣ的炭产率，这可能是由于ＰＬＣ大量的杂质成分更容易随着气流不断挥发排出㊂电阻率分析结果说明，预处理能够有效地降低导电炭的电阻率，并且能在高温时使得石墨化提前并提高导电炭的产率，在碳化温度为１０００ħ时，性能达到最佳㊂图３㊀ＲＬＣ和ＰＬＣ的电阻率（ａ）和炭产率（ｂ）变化曲线图Ｆｉｇ．３㊀Ｃｕｒｖｅｓｏｆｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ（ａ）ａｎｄｃａｒｂｏｎｙｉｅｌｄ（ｂ）ｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ㊀㊀以高温碳化后导电性能较优的ＰＬＣ为研究对象，进一步探究了高温碳化条件对ＰＬＣ电阻率及炭产率的影响，结果如表２所示㊂由表２可知，高温预处理时间对于导电炭的电阻率和炭产率影响微乎其微，但是随着碳化保温时间的增加，炭产率下降迅速，电阻率不降反增，这说明在高温条件下用更短的时间可以使ＰＬＣ达到更高的石墨化程度，提高生物质碳化效率，节省电能及时间成本㊂因此，当碳化温度为１０００ħ㊁碳化时间为１ｈ时，经过多次试验，测得ＰＬＣ电阻率和炭产率平均值达表２㊀１０００ħ时不同影响因素对导电炭电阻率及炭产率的影响Ｔａｂｌｅ２㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｃｔｏｒｓｏｎｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙａｎｄｙｉｅｌｄｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎａｔ１０００ħ预处理时间／ｈ电阻率／Ω㊃ｃｍ炭产率／％碳化保温时间／ｈ电阻率／Ω㊃ｃｍ炭产率／％２０．１１２３６．１１０．１１２３６．１４０．１１４３６．５２０．１３１３４．３６０．１０９３６．４３０．１３０３２．２４２１㊀第４期卫家祺，等：液氮冷冻⁃真空解冻预处理木质素制备导电炭及其性能到最优，分别为０．１１２Ω㊃ｃｍ和３６．１％，标准差分别为０．００１和０．３㊂２．５㊀ＲＬＣ和ＰＬＣＸ射线衍射图谱和拉曼光谱分析㊀㊀为了进一步探究预处理前后和在１０００ħ不同碳化时间下ＰＬＣ的导电性能以及石墨化程度，对ＲＬＣ和ＰＬＣ分别做了Ｘ射线衍射仪及拉曼光谱仪测试，如图４所示㊂由图４ａ㊁ｂ可知，所有样品炭在２θ为２３．０ʎ和４４．０ʎ左右处出现信号峰，分别对应（００２）晶面和（１００）晶面，属于过渡态炭的典型特征峰［２１］，说明木质素导电炭是１种无定形态的炭材料㊂预处理后的木质素导电炭在（００２）处的衍射峰明显更偏向于２６．５ʎ石墨的衍射峰，说明经过预处理后再碳化的导电炭石墨化程度更高，其导电性能也越好，这与电阻率分析结果一致㊂根据Ｂｒａｇｇｓｌａｗ处的衍射峰开始发生偏移，晶面层间距变大，ＰＬＣ结构上的缺陷增多，无定形状态增加，有序性减小㊂图４ｃ㊁ｄ为ＲＬＣ和不同碳化时间ＰＬＣ的拉曼光谱图㊂对于炭材料而言，拉曼光谱中Ｄ峰为石墨晶格的无序振动峰，反映Ｃ原子晶体的缺陷程度，Ｇ峰为石墨的主要特征峰，对应石墨层的Ｅ２ｇ振动模式［１８］㊂通过拉曼光谱分析可知，ＲＬＣ和ＰＬＣ都存在无序Ｄ带（１３３２ｃｍ－１）和ｓｐ２杂化的Ｇ带（１５９８ｃｍ－１）［２２］㊂通过计算得到ＲＬＣ和ＰＬＣ的ＩＤ／ＩＧ值分别为１．０６和０．８８，ＩＤ／ＩＧ值越小说明预处理后的木质素导电炭石墨化程度越高，这与ＸＲＤ分析结果达成统一㊂随着碳化时间的增加，木质素炭材料的有序度下降，石墨化程度降低，这可能是由于碳化时间过长生成了更多的ＣＯ和ＣＯ２气体，气体溢出形成了一定孔隙结构，从而导致石墨化程度降低㊂ａ）ＲＬＣ和ＰＬＣ的ＸＲＤ图谱；ｂ）不同碳化时间ＰＬＣ的ＸＲＤ图谱；ｃ）ＲＬＣ和ＰＬＣ的拉曼光谱图；ｄ）不同碳化时间ＰＬＣ的拉曼光谱图㊂图４㊀ＲＬＣ和ＰＬＣ的Ｘ射线衍射图谱和拉曼光谱Ｆｉｇ．４㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎａｎｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆＲＬＣａｎｄＰＬＣ２．６㊀ＰＬＣ的微观结构分析碳化时间分别为１，２，３ｈ的ＰＬＣ扫描电子显微图见图５㊂由图５ａ ｃ可以看出，ＰＬＣ为１种带有微孔结构且层状堆积的无定形炭，其表面较为粗糙且分布着一些球状突起和不规则的微孔结构，这些结构密密地层叠起来，随着碳化时间的延长，这些突起结构变少㊂ＰＬ经过高压压片处理后，这些结构经热解碳化变得更为密实，这对炭材料性能的提升有很大帮助，也充分说明了拥有该结构的导电炭具有较为优异的电导性㊂通过图５ｄ ｆ可以看出，在高温碳化下，导电炭中的石墨微晶相互堆叠，中间充斥大量孔隙结构且在边缘处的碳原子排列较为规整，这种石墨化的焦炭晶体结构有助于导电性能的提升㊂５２１林业工程学报第８卷图５㊀碳化时间分别为１，２，３ｈ的ＰＬＣ的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．５㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＰＬＣｃａｒｂｏｎｉｚｅｄｆｏｒ１，２，３ｈ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ２．７㊀ＰＬＣ的ＸＰＳ元素分析不同碳化时间ＰＬＣ的ＸＰＳ全谱扫描图和碳化时间１ｈ时ＰＬＣ的高分辨率Ｃ１ｓ谱图见图６㊂由图６ａ可知，ＰＬＣ主要含有Ｃ（２８５ｅＶ）和Ｏ（５３２．５ｅＶ）两种元素，并含有少量的Ｎ（４０１ｅＶ）元素㊂碳化保温时间为１ｈ的ＰＬＣ含氮元素相对较高，在热解碳化的过程中，这些氮原子会镶嵌在炭材料结构中，实现掺氮炭材料的构建，提高炭材料的电导率㊂但过长的碳化时间会使样品炭的氮元素降低，所以保温碳化１ｈ的ＰＬＣ电阻率相对其他较低㊂图６ｂ为碳化时间１ｈ时ＰＬＣ的高分辨Ｃ１ｓ光谱，由图６ｂ可知，２８４．５，２８５．５和２８９ｅＶ处的元素结合能分别归属于Ｃ Ｃ㊁ＣＯＯＨ和Ｏ Ｃ Ｏ［２３］，Ｃ Ｃ峰的相对峰面积占比相对较高，说明其石墨化程度较高㊂ＸＰＳ分析表明，ＰＬＣ的表面不仅存在大量的含氧基团，还有少量的含氮基团，这可能是由于液氮预处理过程中或是在氮气条件下碳化过程中，氮原子附着木质素表面，这可以极大地增强木质素炭材料的导电能力㊂虽然含氧官能团可以作为发生化学反应的活性位点来提高炭材料单位体积所能释放出的电量，但过量的氧元素会影响生物质炭材料的导电性，电导率的增加与氧元素含量的降低和粒径的变化有关［２４］㊂图６㊀不同碳化时间ＰＬＣ的ＸＰＳ全谱扫描图（ａ）和碳化时间１ｈ时ＰＬＣ的高分辨率Ｃ１ｓ谱图（ｂ）Ｆｉｇ．６㊀ＸＰＳｆｕｌｌｓｃａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆＰＬＣｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅ（ａ）ａｎｄｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＣ１ｓｓｐｅｃｔｒａｏｆＰＬＣａｔｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆ１ｈ（ｂ）㊀㊀２．８㊀ＰＬ热解碳化过程官能团演变分析ＰＬ碳化１ｈ的热重（ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ，ＴＧ）㊁微分热重（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ，ＤＴＧ）曲线及其热解产物实时红外光谱图，如图７所示㊂由图７ａ可以看出，ＰＬ热解碳化过程为不断放热过程，但ＤＴＧ曲线呈现了３个明显的失重峰和４个不明显的失重峰㊂第１个明显失重峰出现在１０ｍｉｎ左右，这是ＰＬ水分蒸发的过程，这说明ＰＬ在碳化过程中，１０ｍｉｎ之前没有杂质成分产生挥发；第２个明显失重峰出现在３０ ４０ｍｉｎ之间，这时ＰＬ热解阶段主要是气体溢出，并出现最大失重峰值㊂图７ｂ为ＰＬ热解气体产物的红外光谱图㊂在３０ｍｉｎ时的ＰＬ热解气体中ＣＯ２的析出量明显增多，这可６２１㊀第４期卫家祺，等：液氮冷冻⁃真空解冻预处理木质素制备导电炭及其性能能是由于苯丙烷侧链上的官能团开始发生裂解产生ＣＯ２㊂随着时间延长，ＣＯ２㊁ＣＯ等碳氧化合物气体和甲醛等碳氢化合物气体也开始逐渐析出㊂第３个明显失重峰出现在５０ｍｉｎ左右，这时ＰＬＣ基本形成㊂在这段时间里，ＰＬＣ中剩余的甲氧基㊁碳氢双键㊁碳氢键和芳香环等进一步发生热解，ＰＬＣ红外光谱中出现Ｃ Ｈ的特征峰㊂当热解时间为９０ｍｉｎ左右，ＤＴＧ出现２个失重峰，这时ＰＬＣ开始生成石墨微晶结构，杂质已经完全析出㊂当热解时间超过９０ｍｉｎ，曲线变化趋于平滑，这说明９０ｍｉｎ后石墨化程度较高，气体产物主要为ＣＯ和少量的ＣＨ４等碳氢化合物，而ＣＯ随着时间延长，析出量也不断减少㊂图７㊀ＰＬ碳化１ｈ的热重和微分热重曲线（ａ）㊁热解气体释放实时红外光谱图（ｂ）Ｆｉｇ．７㊀ＴＧａｎｄＤＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆＰＬｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆ１ｈ（ａ）ａｎｄｔｈｅｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｇａｓｄｕｒｉｎｇｐｙｒｏｌｙｓｉｓ（ｂ）３㊀结㊀论以工业废弃物酶解木质素为原料，不添加任何催化剂只通过简单的液氮冷冻⁃真空解冻预处理，结合一次碳化步骤制备了木质素导电炭材料（ＰＬＣ）㊂液氮冷冻⁃真空解冻预处理木质素在高温下的炭产率提高，并且生物质炭材料石墨化提前，更易形成石墨微晶提高导电性能，当碳化温度为１０００ħ时，电阻率就可以达到０．１１２Ω㊃ｃｍ㊂ＰＬＣ均为无定型炭，主要含有Ｃ㊁Ｏ和少量Ｎ元素，随着碳化保温时间的增加，无定形态增加，有序性减小，导电性能和炭产率同步降低㊂因此，预处理后的木质素导电炭能够充分地节约时间成本，提高了工作效率，并且为工业废弃物木质素的高附加值利用和生物质炭材料在导电性能方面的研究提供了更多的新思路㊂本研究不仅为以后通过催化等工艺优化导电炭材料的性能奠定了基础，也为预处理制备木质素导电炭提供了理论基础㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］周建斌，周秉亮，马欢欢，等．生物质气化多联产技术的集成创新与应用［Ｊ］．林业工程学报，２０１６，１（２）：１－８．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１６．０２．００１．ＺＨＯＵＪＢ，ＺＨＯＵＢＬ，ＭＡＨＨ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｏｌｙ⁃ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，１（２）：１－８．［２］孙卓华，王雪琪，袁同琦．基于木质素优先降解策略的木质素高值化利用研究进展［Ｊ］．林业工程学报，２０２２，７（４）：１－１２．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２１１１０３１．ＳＵＮＺＨ，ＷＡＮＧＸＱ，ＹＵＡＮＴＱ．Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｖａｌｏｒｉ⁃ｚａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｉｇｎｉｎ⁃ｆｉｒｓｔｄｅｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，７（４）：１－１２．［３］ＳＨＡＲＭＡＡ，ＢＡＬＤＡＳ，ＣＡＰＡＬＡＳＨＮ，ｅｔａｌ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｎｚｙｍｅｓｆｏｒａｇｒｏ⁃ｂｉｏｍａｓｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅ⁃ｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，３４７：１２６７０６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｂｉｏｒｔｅｃｈ．２０２２．１２６７０６．［４］ＯＧＩＮＮＩＯ，ＳＩＮＧＨＫ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｉｇｈｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅｓｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｅｒｂａｃｅｏｕｓｂｉｏｍａｓｓｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，８（５）：１０４１６９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｅｃｅ．２０２０．１０４１６９．［５］ＬＵＸＹ，ＧＵＸＬ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｌｉｇｎｉｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓ：ｐｙｒｏｌｙｔｉｃｂｅｈａｖｉｏｒ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｒｅｌｅｖａｎｔｕｐｇｒａｄｉｎｇｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ［Ｊ］．ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＢｉｏｆｕｅｌｓａｎｄＢｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ，２０２２，１５（１）：１０６．ＤＯＩ：１０．１１８６／ｓ１３０６８－０２２－０２２０３－０．［６］ＦＵＭ，ＺＨＵＺＴ，ＺＨＡＮＧＺＨ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｙｎ⁃ｔｈｅｓｉｓｏｆＮｉ（ＯＨ）２／ｓｏｒｇｈｕｍｓｔａｌｋｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅ⁃ｒｉａｌｓｆｏｒｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｌｏｙｓａｎｄＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，２０２０，８４６：１５６３７６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊａｌｌｃｏｍ．２０２０．１５６３７６．［７］ＷＡＮＧＹＦ，ＺＯＵＳＪ，ＨＵＷＰ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｍａｓｓ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｇｒａ⁃ｐｈｅｎｅ⁃ｌｉｋｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｌａｋｅｓｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒａｎｄｈｙ⁃ｄｒｏｇｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｌｏｙｓａｎｄＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，２０２２，９２８：１６７１７６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊａｌｌｃｏｍ．２０２２．１６７１７６．［８］ＰＡＲＩＭＥＬＡＺＨＡＧＡＮＶ，ＹＡＳＨＷＡＴＨＰ，ＡＲＵＫＫＡＮＩＰＵＳＨ⁃ＰＡＲＡＪＡＮＤ，ｅｔａｌ．Ｒａｐｉｄｒｅｍｏｖａｌｏｆｔｏｘｉｃｒｅｍａｚｏｌｂｒｉｌｌｉａｎｔｂｌｕｅ⁃ＲｄｙｅｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇＪｕｇｌａｎｓｎｉｇｒａｓｈｅｌｌｂｉｏ⁃ｍａｓｓａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎａｓｐｏｔｅｎｔｉａｌａｄｓｏｒｂｅｎｔ：ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｉｓｏ⁃７２１林业工程学报第８卷ｔｈｅｒｍ，ｋｉｎｅｔｉｃ，ａｎｄｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０２２，２３（２０）：１２４８４．ＤＯＩ：１０．３３９０／ｉｊｍｓ２３２０１２４８４．［９］ＳＨＡＨＺＡＤＦ，ＫＵＭＡＲＰ，ＫＩＭＹＨ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｍａｓｓ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｔｈｅｒｍａｌｌｙａｎｎｅａｌｅｄｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｕｌｆｕｒ⁃ｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｅｎｅａｓａｓｈｉｅｌｄａｇａｉｎｓｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａ⁃ｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１６，８（１４）：９３６１－９３６９．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓａｍｉ．６ｂ００４１８．［１０］ＹＩＮＪ，ＺＨＡＮＧＷＬ，ＡＬＨＥＢＳＨＩＮＡ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｆｏｒｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳｍａｌｌＭｅｔｈｏｄｓ，２０２０，４（３）：１９００８５３．ＤＯＩ：１０．１００２／ｓｍｔｄ．２０１９００８５３．［１１］王洁，高佳峰，李岩辉，等．基于酶解木质素的多孔炭负极制备与储锂性能［Ｊ］．林业工程学报，２０２２，７（３）：１１３－１１９．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２１１００１０．ＷＡＮＧＪ，ＧＡＯＪＦ，ＬＩＹＨ，ｅｔａｌ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｅｎｚｙｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｌｉｇｎｉｎａｓａｎｏｄｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ⁃ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，７（３）：１１３－１１９．［１２］ＺＥＮＧＺＨ，ＷＡＮＧＣＸ，ＺＨＡＮＧＹＦ，ｅｔａｌ．Ｕｌｔｒａｌｉｇｈｔａｎｄｈｉｇｈｌｙｅｌａｓｔｉｃｇｒａｐｈｅｎｅ／ｌｉｇｎｉｎ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｅｒｏ⁃ｇｅｌｓｗｉｔｈｕｌｔｒａｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｈｉｅｌｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍ⁃ａｎｃｅ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１８，１０（９）：８２０５－８２１３．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓａｍｉ．７ｂ１９４２７．［１３］周慧龙，肖刚，吴荣兵，等．炭化温度对木质素导电炭石墨化结构的影响［Ｊ］．浙江大学学报（工学版），２０１４，４８（１１）：２０６６－２０７１．ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１４．１１．０２２．ＺＨＯＵＨＬ，ＸＩＡＯＧ，ＷＵＲＢ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌｉｇｎｉｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃｈａｒｃｏａｌｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ），２０１４，４８（１１）：２０６６－２０７１．［１４］ＩＳＨＩＩＴ，ＭＯＲＩＭ，ＨＩＳＡＹＡＳＵＳ，ｅｔａｌ．Ｄｉｒｅｃｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｎｔｏｈｉｇｈ⁃ｑｕａｌｉｔｙｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｖｉａｃａｔａｌｙｔｉｃｃａｒ⁃ｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓ，２０２１，１１（３１）：１８７０２－１８７０７．ＤＯＩ：１０．１０３９／ｄ１ｒａ０２４９１ｄ．［１５］ＹＡＮＧＺＷ，ＧＵＯＨＪ，ＬＩＦＦ，ｅｔａｌ．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ⁃ｄｏｐｉｎｇａｎｄｃａｔａｌｙｓｉｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＬｉ⁃ｉｏｎｓｔｏｒａｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌｉｇｎｉｎ⁃ｂａｓｅｄｈａｒｄｃａｒｂｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｙＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１８，２７（５）：１３９０－１３９６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｅｃｈｅｍ．２０１８．０１．０１３．［１６］司洪宇，杨黎军，孙坤元，等．超低温预处理对椰壳基活性炭物理特性的影响［Ｊ］．山东科学，２０１６，２９（６）：７４－７９．ＤＯＩ：１０．３９７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－４０２６．２０１６．０６．０１２．ＳＩＨＹ，ＹＡＮＧＬＪ，ＳＵＮＫＹ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐａｃｔｏｆｕｌｔｒａ⁃ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｃｏａｎｕｔａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒ⁃ｂｏｎ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６，２９（６）：７４－７９．［１７］ＤＵＱＳ，ＬＩＤＰ，ＬＯＮＧＳＹ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｌｉｋｅｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｗｉｔｈｗｏｏｄ⁃ｅａｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｓｐｅｃｉａｌｌｙｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｌｉｇｎｉｎｐｒｅｃｕｒｓｏｒ［Ｊ］．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１８，９０：１０９－１１５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｄｉａｍｏｎｄ．２０１８．１０．０１１．［１８］张华，刘钟，左培仙，等．交联预处理对生物质石墨制备的影响［Ｊ］．森林与环境学报，２０２２，４２（１）：９６－１０３．ＤＯＩ：１０．１３３２４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｆｃｆ．２０２２．０１．０１２．ＺＨＡＮＧＨ，ＬＩＵＺ，ＺＵＯＰＸ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｉｎｇｐｒｅ⁃ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓｇｒａｐｈｉｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２２，４２（１）：９６－１０３．［１９］ＡＮＬＬ，ＳＩＣＬ，ＷＡＮＧＧＨ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙａｎｄａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｈｉｇｈ⁃ｍｏｌｅｃｕｌａｒ⁃ｗｅｉｇｈｔｌｉｇｎｉｎｂｙｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｖｉａｉｎｓｉｔｕｅｔｈａｎｏｌ／ａｃｉｄｃａｔａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｒｏｐｓａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ，２０１９，１２８：１７７－１８５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｉｎｄｃｒｏｐ．２０１８．１１．００９．［２０］许啸，肖刚，曹俊．木质素焦炭导电特性的拉曼分析［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２０１３，４３（１）：１１５－１１９．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１３．０１．０２２．ＸＵＸ，ＸＩＡＯＧ，ＣＡＯＪ．Ｒａｍａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｇｎｉｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃｈａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉ⁃ｔｉｏｎ），２０１３，４３（１）：１１５－１１９．［２１］ＷＡＮＧＫＢ，ＣＡＯＸＲ，ＷＡＮＧＳＥ，ｅｔａｌ．ＩｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｅｄａｎｄｐｏｌｙｔｈｒｅａｄｅｄＣｏⅡ⁃ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓａｓａｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｕｌｔｒａｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｎｅｒｇｙｄｅ⁃ｌｉｖｅｒｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１８，１０（１０）：９１０４－９１１５．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓａｍｉ．７ｂ１６１４１．［２２］ＧＥＭ，ＨＡＮＹＱ，ＮＩＪＸ，ｅｔａｌ．Ｓｅｅｋｉｎｇｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｆｒｏｍｎａｔｕｒｅ：ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｃａｒｂｏｎｄｏｔｓ⁃ｂａｓｅｄＡＩＥｇｅｎｓｗｉｔｈｔｕｎａｂｌｅｅｍｉｓｓｉｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｆｒｏｍｎａｔｕｒａｌｒｏｓｉｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０２１，４１３：１２７４５７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｅｊ．２０２０．１２７４５７．［２３］ＣＨＥＮＷＭ，ＷＡＮＧＸ，ＦＥＩＺＢＡＫＨＳＨＡＮＭ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｎ⁃ｂａｓｅｄｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｗｉｔｈｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｏｘｙｇｅｎ⁃ｅｎｒｉｃｈｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｈｉｇｈ⁃ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１９，５４０：５２４－５３４．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｃｉｓ．２０１９．０１．０５８．［２４］ＫＡＮＥＳ，ＵＬＲＩＣＨＲ，ＨＡＲＲＩＮＧＴＯＮＡ，ｅｔａｌ．Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｔｈａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｌｉｇｎｉｎ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．ＣａｒｂｏｎＴｒｅｎｄｓ，２０２１，５：１０００８８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃａｒｔｒｅ．２０２１．１０００８８．（责任编辑㊀丁春香）８２１。
木质素硬碳负极材料
木质素硬碳负极材料木质素硬碳是一种新型的负极材料，具有广泛的应用前景。
本文将从木质素硬碳的制备方法、特性及其在电化学储能领域的应用等方面进行阐述。
一、制备方法木质素硬碳的制备方法主要有炭化法和活化法两种。
炭化法是将木质素样品在高温下进行热解，使木质素分解形成纳米级碳材料。
这种方法简单易行，但所得产物质量不稳定。
活化法是在炭化的基础上，通过化学或物理方法进行活化处理，提高材料的比表面积和孔隙度。
这种方法制备的木质素硬碳具有更好的性能。
二、特性1. 高比表面积：木质素硬碳具有极高的比表面积，可以达到几百到几千平方米/克。
这种高比表面积有助于增加电极与电解质的接触面积，提高电极反应速率。
2. 丰富的孔隙结构：木质素硬碳具有丰富的孔隙结构，包括微孔、介孔和大孔。
这些孔隙可以提供更多的活性位点，增加离子和电子的传输路径，提高电化学储能性能。
3. 良好的导电性：木质素硬碳具有较高的导电性，可以有效地提供电子传导通道，降低电阻损耗，提高储能器件的能量密度和功率密度。
4. 良好的循环稳定性：木质素硬碳具有良好的循环稳定性和长寿命特性，可以循环充放电数千次而不损失性能。
三、应用领域1. 锂离子电池：木质素硬碳可以作为锂离子电池的负极材料，具有高比容量、优异的循环稳定性和长寿命特性。
它可以显著提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
2. 超级电容器：木质素硬碳具有高比表面积和良好的导电性，可以作为超级电容器的负极材料。
与传统的活性炭相比，木质素硬碳具有更高的比容量和更好的循环性能。
3. 电化学储能：木质素硬碳还可以应用于其他电化学储能器件，如钠离子电池、锌离子电池等。
它们在能量密度、循环寿命和安全性等方面都表现出良好的性能。
总结：木质素硬碳作为一种新型的负极材料，具有高比表面积、丰富的孔隙结构、良好的导电性和循环稳定性等特点。
它在锂离子电池、超级电容器和其他电化学储能器件中具有广泛的应用前景。
随着制备方法的不断优化和性能的进一步提升，木质素硬碳将在电化学储能领域发挥更重要的作用。
木质素与纤维素热解炭结构特性对其高温石墨化过程的影响机制
木质素与纤维素热解炭结构特性对其高温石墨化过程的影响机制陈超;杨梦梅;孙康;毕海明;王傲;刘颖;徐茹婷【期刊名称】《林业工程学报》【年(卷),期】2022(7)6【摘要】通过对纤维素和木质素热解炭结构差异的研究发现,纤维素热解炭主要由碳微晶构成,木质素热解炭则包含部分原骨架结构;在氩气氛围中将热解炭于超高温下(1 600~2 800℃)进一步处理,并通过X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和高分辨率透射电镜等表征产物的结构与形貌,测试产物的导电性能,根据热解炭石墨化处理前后结构、形貌和导电性能的变化,研究高温条件下热解炭的结构重构建机制。
结果表明:木质素热解炭经2 800℃处理后,产物中形成了大面积连续的高度石墨化区域,且缺陷较少,产物石墨化度可达89.53%,层间距为0.336 3 nm,于20 MPa压强下电导率可达105 S/cm;相同条件下纤维素产物的石墨化度为76.74%,层间距为0.337 4 nm,并包含较多结构缺陷,导致其在20 MPa压强下的电导率低于50 S/cm。
分析可知,木质素热解炭中保留的骨架结构有利于其在高温下扩环重构建,进而形成大面积连续石墨化片层;而纤维素热解炭中碳微晶的交联状态在高温下难以转变,限制了石墨化区域的扩大,导致所得产物结构中存在较多缺陷。
【总页数】8页(P124-131)【作者】陈超;杨梦梅;孙康;毕海明;王傲;刘颖;徐茹婷【作者单位】中国林业科学研究院林产化学工业研究所;南京林业大学化学工程学院;千年舟新材科技集团股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ351;TQ424【相关文献】1.纤维素和木质素含量对稻草、锯末热解及燃烧特性的影响2.钾对纤维素-煤共热解过程焦炭结构和热解特性的影响3.纤维素木聚糖和木质素含量对生物质热解特性及产物的影响4.温度对纤维素半纤维素和木质素热解炭理化性能的影响5.热解温度对纤维素和木质素成炭结构的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成
硬碳结构机理
木质素是木材中的主要成分之一，其主要由两种桥脱一个羟基嵌合产
生一系列半缩酚类化合物组成。
木质素的热解过程可以分为两个阶段：第
一阶段是木质素的分解和挥发，第二阶段是残留物的重排和形成硬碳结构。
在木质素的高温热解过程中，类石墨微晶的生长与定向构筑形成硬碳
结构机理主要有以下几个方面：
1.碳链延伸：在木质素的高温热解过程中，由于温度升高和分解等反
应的影响，部分碳链会发生延伸，使得热解产物中的碳原子数增加，从而
形成类石墨微晶的结构。
2.碳化作用：在高温下，木质素中的碳元素与氧、氢等原子发生反应
生成C-C键，使碳原子得到聚集。
同时，由于热解过程中气体相合物挥发
失去，碳原子逐渐富集，从而促使碳化作用的进行，最终形成硬碳结构。
3.无水氧化作用：在木质素的高温热解过程中，由于水分的挥发以及
木质素本身结构变化等因素的影响，部分木质素分子中含氧官能团和其他
官能团的化学键发生断裂，使有机物的分子呈现高碳低氧的趋势。
4.热解残渣重组：在木质素高温热解过程中，部分分解产物会在表面
上重新聚集，形成薄膜状结构。
这种重组过程可以通过表面扩散、薄膜扩
展和交联等方式进行。
这些重组过程有助于类石墨微晶的生长和定向构筑，最终形成硬碳结构。
总的来说，木质素高温热解过程中类石墨微晶生长与定向构筑形成硬
碳结构的机理是复杂的，涉及到碳链延伸、碳化作用、无水氧化作用和热
解残渣重组等多种因素。
通过研究这些机理，可以帮助我们更好地理解木质素的热解过程，进一步优化木质素的利用和转化。