第五章 多孔碳材料
《2024年新型多孔碳材料的合成与应用研究》范文
《新型多孔碳材料的合成与应用研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重和能源需求的不断增长，新型材料的研究与开发显得尤为重要。
其中，多孔碳材料因其具有高比表面积、良好的化学稳定性和优异的吸附性能等优点，在能源存储、环境治理、催化等领域展现出巨大的应用潜力。
本文将重点探讨新型多孔碳材料的合成方法及其应用研究。
二、新型多孔碳材料的合成方法（一）模板法模板法是制备多孔碳材料的一种常用方法。
该方法利用具有特定形状和尺寸的模板，通过碳前驱体填充、热解及去除模板等步骤，制备出具有特定结构和性能的多孔碳材料。
模板法具有制备过程简单、可控制备孔径和孔结构等优点。
（二）化学活化法化学活化法是另一种制备多孔碳材料的方法。
该方法通过将碳前驱体与化学活化剂进行混合、热解及活化，制备出具有高比表面积和优良吸附性能的多孔碳材料。
化学活化法具有制备过程温和、可调节孔结构和表面化学性质等优点。
（三）生物质炭化法生物质炭化法是一种利用生物质资源制备多孔碳材料的绿色方法。
该方法通过将生物质进行热解炭化，制备出具有高比表面积和良好吸附性能的多孔碳材料。
生物质炭化法具有原料丰富、成本低廉、环保等优点。
三、新型多孔碳材料的应用研究（一）能源存储领域多孔碳材料在能源存储领域具有广泛的应用，如锂离子电池、超级电容器等。
多孔碳材料的高比表面积和良好的导电性能，使其成为理想的电极材料。
通过优化孔结构和表面化学性质，可以提高多孔碳材料在能源存储领域的性能。
（二）环境治理领域多孔碳材料在环境治理领域也具有重要的应用价值，如废水处理、空气净化等。
多孔碳材料具有优良的吸附性能，可以有效地去除废水中的有机污染物和重金属离子。
此外，多孔碳材料还可以用于制备催化剂和催化剂载体，提高催化反应的效率和选择性。
（三）催化领域多孔碳材料在催化领域也展现出巨大的应用潜力。
由于其具有高的比表面积和良好的化学稳定性，多孔碳材料可以作为催化剂载体，提高催化剂的分散性和稳定性。
多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
一、什么是多孔碳材料
多孔碳材料是指具有一定的孔隙度和孔径分布的碳材料。
它具有大的
比表面积、良好的化学稳定性和导电性能，因此在多个领域有着广泛
的应用。
二、多孔碳材料的制备方法
1. 碳化方法：通过碳化有机物质得到多孔碳材料。
常用的碳源有聚合物、生物质和天然矿物。
制备方法包括高温炭化、半焦炉碳化和气相
碳化等。
2. 模板法：将具有孔隙度的材料作为模板，在其表面包覆一定的碳源，再进行炭化处理，即可得到多孔碳材料。
常用的模板材料有硅胶、纳
米颗粒、纤维素等。
3. 化学法：利用化学反应在材料表面或内部引入孔道，得到多孔碳材料。
常用的化学处理包括氧化、酸洗、碱洗等。
三、多孔碳材料的应用领域
1. 电化学储能领域：多孔碳材料在锂离子电池和超级电容器中有着广
泛的应用，因其具有大的比表面积和导电性能。
2. 气体吸附领域：多孔碳材料在吸附剂领域有着重要的应用，如制备
吸附天然气的催化剂、空气净化等。
3. 催化剂领域：多孔碳材料可以制备成各种形貌的催化剂，具有高度的催化性能和选择性，应用于催化加氢、催化裂化、脱氮等反应。
4. 生物医学领域：多孔碳材料可以用于药物递送、生物成像等，具有良好的生物相容性和生物活性。
总之，多孔碳材料具有广泛的应用前景，不断发展和创新制备方法，将会在各个领域得到更为广泛的应用。
多孔碳材料的制备及其储能性能研究
多孔碳材料的制备及其储能性能研究随着能源危机的加剧，储能技术成为解决环境和能源问题的一项关键技术。
多孔碳材料因其优异的电化学性能而成为超级电容器、锂离子电池、燃料电池等储能器件的重要材料。
本文将介绍多孔碳材料制备方法和储能性能研究进展。
1. 多孔碳材料制备方法多孔碳材料的制备方法包括模板法、碳化物法、水热法、物理气相沉积法等。
其中模板法得到的多孔碳材料具有孔径分布均匀、孔径大小可调、孔壁光滑等优点。
碳化物法制备的多孔碳材料具有高比表面积和丰富的孔洞结构。
水热法可以制备出纳米级多孔碳材料，具有较高的电容性能。
2. 多孔碳材料的储能性能研究进展多孔碳材料的电容性能受孔径大小、孔隙度和孔道结构等多种因素影响。
近年来，研究人员通过控制碳材料的孔径、孔隙度和孔道结构等因素，进一步提高了多孔碳材料的储能性能。
（1）孔径大小对储能性能的影响理论上，孔径越小，电容越大。
实际研究发现，孔径在1~10 nm的多孔碳材料具有优异的电容性能。
当孔径小于1 nm时，电容反而降低。
这是因为孔径过小时，电解液中离子难以进入孔道内部，导致电容降低。
（2）孔隙度对储能性能的影响孔隙度是指多孔碳材料的空隙占比。
一般来说，孔隙度越高，电容越大。
然而，孔隙度过高会导致电容下降。
这是因为孔道结构过于分散，导致离子传输困难，影响电容性能。
（3）孔道结构对储能性能的影响多孔碳材料的孔道结构包括直孔、弯曲孔、分支孔等。
研究表明，弯曲孔和分支孔有利于离子传输，提高了多孔碳材料的储能性能。
3. 多孔碳材料未来研究方向多孔碳材料的制备和储能性能研究在过去几十年里得到了飞速发展。
未来，需要进一步探究多孔碳材料的制备新方法、孔道结构调控机制、化学修饰等，提高多孔碳材料的储能性能。
同时，多孔碳材料在储能器件中的应用仍需加强探索，拓宽多孔碳材料的应用领域。
4. 结论多孔碳材料制备方法多种多样，不同制备方法得到的多孔碳材料具有不同的孔径大小、孔隙度和孔道结构等，影响了其储能性能。
多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备多孔碳材料是一类具有大量微孔和孔隙的碳材料，具有高表面积和低密度等优良特性，广泛应用于催化、吸附、电化学能量储存等领域。
下面将详细介绍多孔碳材料的制备方法。
一、孔模板法制备多孔碳材料孔模板法是一种常用的制备多孔碳材料的方法，其原理是利用模板作为孔道的模型，在模板表面或内部涂覆碳源物质，形成多孔碳材料。
模板材料可以是聚苯乙烯球、硅胶、纳米颗粒等，碳源物质可以是有机物、碳黑等。
制备过程中，通常需要经历涂覆、炭化、模板去除等步骤。
二、直接碳化法制备多孔碳材料直接碳化法是将碳源物质在一定温度下直接转化为碳材料，具有制备简单、成本低等优点。
在制备多孔碳材料时，常用的碳源物质有聚苯乙烯、聚丙烯腈等高分子材料。
制备过程中，常需要进行碳化、活化等处理，以便形成多孔结构。
三、可离析模板法制备多孔碳材料可离析模板法是一种制备大孔、中孔多孔碳材料的有力手段。
其基本思路是以复合高分子乳液作为模板，在高温下炭化，形成多孔碳材料。
在可离析模板法中，模板主要起模拟孔对多孔碳材料性质影响规律的作用。
优点是模板完全燃尽后留下无痕迹的孔道，孔径大小可精密控制。
四、气相沉积法制备多孔碳材料气相沉积法是利用气态前驱体在一定温度和压力下催化反应生成碳材料，具有反应速度快、制备成本低等优点。
在制备多孔碳材料时，常用的气态前驱体有乙烯等低分子烃类、甲醛、三聚氰胺等有机物，通过控制反应条件可调节制成多孔碳材料。
综上所述，多孔碳材料的制备方法非常多样，不同的方法适用于不同的材料和应用领域。
只有根据具体情况选择合适的制备方法，才能制备出高性能的多孔碳材料。
多孔碳材料的制备与表征
多孔碳材料的制备与表征多孔碳材料是一种优异的材料，具有广泛的应用前景。
它的制备和表征是一个非常重要的研究方向。
近年来，随着科技的不断发展，人们对多孔碳材料的研究越来越深入，不断出现了许多新颖的制备方法和表征技术。
本文将对多孔碳材料的制备和表征做一个简要的介绍。
一、多孔碳材料的制备1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种制备多孔碳材料的常用方法。
它的原理是将有机气体加热至高温，然后通过气相反应得到多孔碳材料。
化学气相沉积法制备多孔碳材料具有效率高、操作简便等优点，但其制备出的多孔碳材料孔径分布较窄，对于较大孔径的多孔碳材料制备效果不理想。
2. 盐模板法盐模板法是一种常用的制备多孔碳材料的方法，其原理是将一定量的盐溶液涂在碳材料表面，待其干燥后在高温下烧蚀掉盐晶体，得到多孔碳材料。
盐模板法制备多孔碳材料具有孔径分布范围广、制备过程简单等特点，但对于一些具有特殊形貌的多孔碳材料制备效果不理想。
3. 滴定凝胶法滴定凝胶法是一种实验室常用的制备多孔碳材料的方法。
其原理是先将一种含碳前驱体溶解在溶剂中，再加入一种特殊的凝胶剂，使其形成凝胶。
凝胶在低温下煅烧，即可得到多孔碳材料。
滴定凝胶法制备多孔碳材料具有操作简单、适用于各种形貌的多孔碳材料等优点，但对于制备孔径较大的多孔碳材料不适用。
二、多孔碳材料的表征1. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的多孔碳材料表征技术。
它通过束缚电子的反射、散射和吸收等现象来获得样品表面形貌信息。
SEM能够反映多孔碳材料的孔洞分布、孔径大小和孔道连通性等信息。
2. 红外光谱（FTIR）红外光谱是一种常用的多孔碳材料表征技术。
它通过检测多孔碳材料的红外吸收谱来推测样品的化学结构。
FTIR能够反映多孔碳材料中的羟基、羰基和酯基等官能团。
3. 压汞法压汞法是一种常用的多孔碳材料表征技术。
它通过测定压力变化来分析样品中的孔隙结构。
压汞法能够反映多孔碳材料的孔径大小、孔容和孔隙度等信息。
多孔碳材料的研究进展课件
化学活化法 物理活化法
硬模板法 软模板法
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活化法
物理活 化法
物理活化法：采用水蒸气、 CO2、空气等气 体作为活化剂，在高温下与碳化料接触进行 活化。
化学活 化法
把化学药品加入原料中，然后在惰性气体介
质中加热活化的方法。常用活化剂有：KOH， H化3剂PO的4，作Z用nC。l2等，它们都起到了脱水剂和氧
• 美国国立可再生能源实验室，采用TPD(程序控温脱附仪) 测量单壁纳米碳管(SWNT)的载氢量，从实验结果推测在 常温下SWNT能储存5%～10%wt的氢气，并认为SWNT接 近氢燃料电池汽车的应用标准9%wt。
• Chen等对金属掺杂对纳米碳管储氢容量的影响进行了研究， 他们称掺杂Li 及掺杂K的多壁碳纳米管在常压，200-400℃ 条件下的储氢量分别高达20%及14%。
硬模板法
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软模板法
• 软模板法利用表面活性剂作为模板剂，通过表面活性 剂和碳源之间的相互作用,经过自组装形成多孔结构。
赵东元课题组以 酚醛树脂为碳源， 在乙醇做溶剂条 件下，利用溶剂 挥发诱导自组装 将嵌段共聚物与 碳源自组装形成 具有介孔结构的 高分子聚合物， 而后经过脱除模 板和预碳化得到 有序介孔碳材料。
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储氢
• Jin 研 究 了 不 同 比 表 面 积 (900-2800m2/g) 和 孔 容 (0.432.17cm2/g)的活性碳的储氢效果，结果发现比表面积和孔 容都和吸氢量呈线性关系。
多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备多孔碳材料是一种具有高度孔隙结构的碳材料，具有广泛的应用前景。
它具有较大的比表面积和孔隙体积，不仅可以用于吸附材料、电容器电极材料、催化剂载体等领域，还可以应用于能源存储、环境污染处理、生物医学等领域。
多孔碳材料的制备方法多种多样，其中常见的方法包括模板法、溶胶-凝胶法、碳化法等。
下面将针对这些方法进行详细介绍。
第一种制备多孔碳材料的方法是模板法。
模板法是利用一种模板物质作为模板，在其周围构筑碳前体物质，经过炭化或焙烧后去除模板物质得到多孔碳材料。
常用的模板物质有聚苯乙烯微球、硅胶、氧化铁纳米颗粒等。
这种方法制备的多孔碳材料具有孔隙结构规整、孔径均一的特点。
第二种制备多孔碳材料的方法是溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶法是将适当溶剂中的碳前体物质溶胶通过凝胶反应生成凝胶体，再经过干燥和焙烧等处理得到多孔碳材料。
这种方法制备的多孔碳材料具有孔隙结构可调控、比表面积较大的特点。
第三种制备多孔碳材料的方法是碳化法。
碳化法是将含碳物质经过高温热解或炭化处理得到多孔碳材料。
常用的碳化物包括聚合物、天然有机物和无机化合物等。
这种方法制备的多孔碳材料具有孔隙结构可调控、热稳定性好的特点。
在实际制备多孔碳材料的过程中，还可以通过调控碳前体物质的种类、添加助剂以及控制炭化或焙烧条件等方法来改变多孔碳材料的孔隙结构和性能。
例如，可以通过选择不同的碳前体物质和不同的碳化温度来调控多孔碳材料的孔径和孔隙分布。
多孔碳材料的制备方法多样化，可以根据不同的需求选择合适的方法。
随着科学技术的不断进步，人们对多孔碳材料制备方法的研究也在不断深入，相信未来会有更多创新的制备方法出现，为多孔碳材料的应用提供更多可能性。
多孔炭材料造孔方法
多孔炭材料造孔方法多孔炭材料是一种应用非常广泛的材料，其具有高比表面积、可调孔径、高稳定性等特点，因此在能源、环保、催化等领域都有着广泛的应用。
而多孔炭材料的制备方法也是非常复杂多样的，本文将介绍几种常见的多孔炭材料造孔方法。
1. 化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）是一种利用气态物质在高温和低压下分解和沉积在基体表面的方法。
通过使用不同的前驱体和反应条件，可以制备具有不同孔径和孔型的多孔炭材料。
CVD法主要适用于制备高温下稳定的多孔炭材料。
2. 碳化法碳化法是一种通过在高温下热处理碳源来制备多孔炭材料的方法。
碳源可以是天然材料如木材、植物、煤等，也可以是碳化合物如聚丙烯、聚苯乙烯等。
在高温下，碳源会发生碳化反应，形成多孔碳材料。
碳化法制备的多孔炭材料具有较高的孔隙度和比表面积。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过水解和缩合反应形成凝胶，再通过高温处理制备多孔炭材料的方法。
在溶胶-凝胶法中，有机或无机前驱体通常被溶解在溶剂中形成溶胶，并经过水解、缩合反应形成凝胶。
经过干燥和高温处理后，凝胶转化为多孔炭材料。
溶胶-凝胶法制备的多孔炭材料具有高度可调的孔径和孔型，并且具有较高的比表面积。
4. 模板法模板法是一种通过有机或无机模板来制备多孔炭材料的方法。
模板可以是聚合物、天然有机物、金属或无机颗粒等。
在模板法中，模板先和碳源混合，然后经过炭化或碳化过程来去除模板，形成多孔炭材料。
模板法制备的多孔炭材料具有可调的孔径和孔型，并且可以制备出复杂的孔道结构。
综上所述，多孔炭材料的制备方法非常多样化，每种方法都有其优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体需求选择最适合的制备方法来制备高质量的多孔炭材料。
《2024年新型多孔碳材料的合成与应用研究》范文
《新型多孔碳材料的合成与应用研究》篇一一、引言随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，新型多孔碳材料作为具有重要应用前景的绿色材料，受到了广泛关注。
其独特的物理和化学性质，如高比表面积、良好的导电性、优异的化学稳定性以及出色的吸附性能等，使其在能源存储、环境治理、催化等多个领域具有广泛的应用潜力。
本文旨在探讨新型多孔碳材料的合成方法及其在各领域的应用研究。
二、新型多孔碳材料的合成方法新型多孔碳材料的合成方法主要包括模板法、化学活化法、溶胶-凝胶法等。
1. 模板法模板法是一种常用的合成多孔碳材料的方法。
该方法通过使用具有特定结构的模板，如硅胶、金属有机骨架等，与含碳前驱体进行复合，然后通过高温处理去除模板，从而得到具有模板结构的多孔碳材料。
2. 化学活化法化学活化法是通过将含碳前驱体与活化剂（如KOH、ZnCl2等）进行混合，然后在高温下进行碳化处理，从而得到多孔碳材料。
该方法具有操作简便、成本低廉等优点，是合成多孔碳材料的一种有效方法。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是通过将含碳前驱体溶解在溶剂中，形成溶胶后进行凝胶化处理，再经过高温碳化处理得到多孔碳材料。
该方法可以制备出具有特定形貌和结构的多孔碳材料。
三、新型多孔碳材料的应用研究新型多孔碳材料在能源存储、环境治理、催化等领域具有广泛的应用潜力。
1. 能源存储新型多孔碳材料具有高比表面积和良好的导电性，是理想的电极材料。
在锂离子电池、超级电容器等能源存储领域具有广泛的应用。
2. 环境治理新型多孔碳材料具有优异的吸附性能，可用于废水处理、空气净化等领域。
例如，利用其吸附性能去除水中的重金属离子、有机污染物等。
3. 催化应用新型多孔碳材料可作为催化剂或催化剂载体，提高催化剂的活性和选择性。
在有机合成、环保催化等领域具有广泛的应用。
四、结论与展望新型多孔碳材料因其独特的物理和化学性质，在能源存储、环境治理、催化等领域具有广泛的应用前景。
未来，随着合成方法的不断改进和优化，以及对其性能的深入研究，新型多孔碳材料将在更多领域得到应用。
制备多孔碳材料的方法研究
制备多孔碳材料的方法研究随着环境污染和气候变化的日益严重，寻找可再生和清洁能源的需求越来越大。
燃料电池是一种绿色、高效、可持续的能源，其能够将化学能转化为电能，并且仅产生水和热。
燃料电池的核心是电极材料，其中多孔碳材料是最常用的材料之一。
因此，研究多孔碳材料的制备方法对于燃料电池技术的发展至关重要。
本文将介绍目前常用的制备多孔碳材料的方法，其中包括物理法、化学法、以及生物法三种方法。
1. 物理法制备多孔碳材料物理法制备多孔碳材料通常基于固体模板法，利用模板的孔道形成多孔材料。
这种方法包括溶胶凝胶法、过滤法、冻干法等。
其中，溶胶凝胶法是一种常用的方法，其制备过程包括材料的溶胶化、凝胶化和热处理。
首先将有机物或无机物溶于溶剂中，得到溶胶，然后将溶胶加入所需形状的模板中，再次凝固形成凝胶。
最后通过热处理，将有机物转化为碳，形成多孔碳材料。
2. 化学法制备多孔碳材料化学法制备多孔碳材料通过化学反应将原材料转化为多孔碳材料。
常见的化学法包括气相沉积法、溶液吸附法和氧化石墨化法。
其中，气相沉积法是一种常用的方法，其可以通过改变气氛压力和温度控制碳材料的孔径和形态。
溶液吸附法通常涉及到化学反应和离子交换技术，通过对原材料的溶解和析出过程，形成多孔碳材料。
氧化石墨化法则是通过将石墨烯和其它化合物进行反应，形成多孔碳材料。
这种方法有很好的可控性和成本较低的优点。
3. 生物法制备多孔碳材料生物法制备多孔碳材料是近年来发展起来的一种新的方法。
其利用生物体制备多孔碳材料的过程中，除了原来的石墨结构外，还包括了生物组织和结构，可以实现制备多样化的多孔碳材料。
生物法可以分为两种类型：一种是生物体系物质制备的方法，另一种则是生物体系制备支撑材料的方法。
其中，生物体系物质制备的方法是将生物体系材料分离提取，通过碳化或者热解转化成多孔碳材料。
生物体系制备支撑材料的方法则是利用生物体系的结构和特性制备多孔碳材料。
这种方法不仅可以应用于多孔碳材料的制备，还可以用于其他纳米材料的制备。
多孔碳材料的制备及应用研究
多孔碳材料的制备及应用研究随着环境污染和资源短缺问题的日益严重，绿色、环保、高效的新材料的研究和应用成为了当今科学研究的热点之一。
多孔碳材料已经成为材料科学领域中非常重要的一类材料，因其特殊的孔道结构和优越的性能，已经得到了广泛的应用。
一、多孔碳材料的制备多孔碳材料的制备方法很多，常用的方法可以分为两大类：物理法和化学法。
1.物理法物理法制备多孔碳材料主要有以下几个方法：高温炭化法、模板法、氧化石墨化学气相沉积法等。
高温炭化法是使用含碳高的有机废弃物或碳质材料，在高温炉内进行氧化炭化处理，产生多孔碳材料。
这种方法操作简单，制备多孔碳材料的孔径分布范围也较广。
模板法是在有机或无机模板的作用下，通过多种途径制备多孔碳材料的一种方法。
有机模板法常用的有大豆、手机、木质素等有机材料；无机模板法常用的有SiO2、Al2O3等无机材料。
这种方法制备的多孔碳材料孔径分布相对较窄，但孔道结构有序，特点明显，也较为常用。
氧化石墨化学气相沉积法（CVD）是采用简单的石墨化学反应以及金属或氧化物的还原处理，制备多孔碳材料。
这种方法可制备孔径更为单一和大小可控的多孔碳材料。
2.化学法化学法制备多孔碳材料主要有以下几个方法：热解膨胀法、反应物改性法、溶胶凝胶法等。
热解膨胀法是利用具有不相容性的两种高分子在高温环境中的相分离，热解后膨胀形成多孔材料的方法。
反应物改性法是在石墨烯结构中加入不同反应物，产生孔结构和活性位点，制备多孔碳材料。
这种方法制备的多孔碳材料孔径分布广，但孔内结构复杂，难以控制。
溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶过程中的相转变，控制多孔材料孔道结构和孔径的方法。
二、多孔碳材料的应用多孔碳材料因其独特的孔道结构和优越的性能，在多个领域有重要的应用。
1.吸附分离多孔碳材料在吸附分离中的应用非常广泛，能够吸附稠化剂、油漆、碳黑、杂质和溶液中某些污染物等物质，具有高的吸附能力、高的表面积和可重复使用的特点。
例如，多孔碳材料可以用于对“三废”中的有害气体、有机废水和废弃农药等物质进行吸附分离。
碳素化学与工艺-多孔碳材料ppt课件.ppt
日本以双电层电容的应用为契机，加强对高吸附能力AC 的研究工作。关西热化学株式会社用KOH活化石油焦制备 出高比表面AC，并在1992年投产，商品牌号为 MAXS0RB。日本大阪煤气公司以中间相炭微粒为原料， 通过KOH活化制得了比表面积高达4000m2/g的AC。
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
原料来源
类别 植物类 煤类
品种
木材，木炭，椰子壳，果核，稻壳，纤维素， 纸浆废液等
泥煤，褐煤，无烟煤，煤沥青
石油原料 石油焦，石油沥青，石油渣，油砂地沥青
塑料
聚氯乙烯，聚丙烯，各种树脂等
其它
砂糖，蜜糖，旧轮胎等
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
主要内容
活性炭简介 活性炭结构 活性炭的制备 活性炭的应用
活性炭的基本性质 活性炭的国内外生产现状 高比表面积活性炭的研究进展
微晶结构、孔隙结构、表面化学官能团 活性炭表面形貌
原料来源 活化方法与工艺 活化机理
吸附材料 催化剂载体 储氢储电
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
国外AC工业起步较早，活性炭需求量也与日俱增。西方 一些方达国家在环保方面的人均活性炭需求量达到300400克/年·人。目前世界活性炭年消费量超过70万吨， 并以每年15%的速度递增长。
多孔碳材料的制备与性能研究
多孔碳材料的制备与性能研究多孔碳材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，在能源储存和转换、环境污染治理、催化剂载体等领域有着重要的应用价值。
本文将重点介绍多孔碳材料的制备方法和性能研究进展。
一、多孔碳材料的制备方法多孔碳材料的制备方法多种多样，主要包括模板法、自组装法、碳化法和化学气相沉积法等。
在模板法中，通过在模板表面上沉积碳源，再通过热处理或化学处理去除模板，最终得到多孔碳材料。
这种方法可以制备具有高度有序和连续孔道结构的材料，但模板的制备和去模板过程的控制较为复杂。
自组装法通过控制分子或物质的相互作用，在溶液中形成具有特定结构的分子自组装结构，然后通过热处理将其转化为多孔碳材料。
这种方法简单、灵活，并且能够制备出具有调控孔径和孔隙结构的材料。
碳化法利用碳化前体经高温热处理，使其发生碳化反应生成多孔碳材料。
常用的碳化前体包括聚合物、天然有机物和金属有机框架等。
碳化法可以得到高孔隙度、孔径可调的多孔碳材料，但材料的孔径分布范围较窄。
化学气相沉积法通过在气相反应条件下，使气体中的碳源经热解生成碳沉积在基底上，形成多孔碳材料。
这种方法制备的多孔碳材料具有优异的结晶性和孔结构可调性。
二、多孔碳材料的性能研究多孔碳材料的性能研究主要包括孔结构特征、表面性质以及应用性能等方面。
多孔碳材料的孔结构特征包括孔径、孔隙度和孔道连通性等。
孔径大小直接影响材料的吸附和传质性能，较大孔径的材料适用于吸附较大分子物质，而较小孔径的材料则适用于吸附小分子。
孔隙度是指孔隙体积与总样品体积的比值，决定着材料的储存和传输性能。
孔道连通性是指多孔材料内孔道的连通情况，好的连通性能能够提高材料的气体分离性能。
表面性质是多孔碳材料的另一个重要性能指标，包括比表面积、气体分子在表面的吸附行为和表面化学性质等。
较大的比表面积有利于提高材料的吸附性能和催化活性。
气体分子在材料表面的吸附行为与材料的孔径和孔隙度有关，可以通过吸附实验进行表征。
多孔碳材料
多孔碳材料多孔碳材料是一种具有特殊孔隙结构的碳材料，具有较高的比表面积和丰富的表面活性位点，被广泛应用于能源存储、环境净化、催化剂载体等领域。
多孔碳材料的制备方法多样，可以通过物理法、化学法和生物自组装法等不同途径制备得到。
多孔碳材料的主要特点之一是其较大的比表面积。
多孔结构使得碳材料的比表面积大幅增加，从而增强了材料的吸附能力和表面反应活性。
比表面积的增加可以增大材料表面与待吸附物质或反应物质的接触面积，从而提高反应速率和增强吸附效果。
例如，在能源存储领域，利用多孔碳材料的大表面积可以提高电极的电化学性能，增大电容量和提高电子传导速率。
此外，多孔碳材料还具有良好的化学稳定性和高温稳定性。
由于碳材料的化学稳定性较高，它可以在不同环境下长时间稳定地应用。
这使得多孔碳材料成为一种理想的催化剂载体或支撑材料，可以用于各种催化反应。
多孔碳材料的孔隙结构也对其性能有重要影响。
适当的孔隙大小和分布可以提供合适的传质通道，有利于物质的扩散和运移。
孔隙结构还可以调控材料的表面性质，如亲水性、疏水性等，从而影响材料的吸附效率和选择性。
因此，在制备多孔碳材料时，常常需要控制孔隙大小和分布，以获得优良的性能。
在能源存储方面，多孔碳材料被广泛应用于电池和超级电容器等能源储存设备。
多孔碳材料作为电极材料，可以提供更多的电荷传输路径和更大的电荷存储容量，从而提高储能效率和功率密度。
此外，多孔碳材料还具有良好的电子导电性和机械强度，使其成为适合用作电极材料的理想候选。
在环境净化领域，多孔碳材料可以作为吸附剂用于废水和废气处理。
多孔碳材料的大比表面积和丰富的孔隙结构可以提供更多的吸附位点，有效吸附和去除废水中的有害物质和废气中的污染物。
此外，多孔碳材料还可以通过控制孔隙大小和表面性质，选择性地吸附不同分子大小和极性的物质，提高处理效果。
综上所述，多孔碳材料具有较大的比表面积、良好的化学稳定性和高温稳定性，在能源存储和环境净化领域具有重要应用价值。
多孔炭材料简介
多孔炭材料简介由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的多孔炭材料在具备炭材料性质（如化学稳定性高、导电性好、价格低廉等）优点的同时，还具有比表面积大、孔道结构可控、孔径可调等诸多特点。
因此，多孔炭材料可应用于分离净化、色谱分析、催化、光学器件、能量存储、生物分离薄膜及纳米反应器等领域。
由三维网络结构形成的大孔结构使多孔炭材料具有优异的吸附性能。
目前，随着多孔炭材料研究的深入和应用的加快，在制备多孔炭材料时，不仅需要控制介孔材料的介观结构、孔径及孔道排列，而且对其微米级的宏观形貌也有具体要求。
现已经成功合成了球、纤维、棒、单晶和体材料等多种形貌的介孔炭材料。
一、多孔炭材料类型多孔炭材料根据孔直径大小分为三类：微孔炭材料（Micropore,＜2nm）介孔炭材料（Mesopore,2~50nm）和大孔炭材料Macropore,＞50nm）。
其中微孔炭材料又分为极微孔（＜0.7nm）和超微孔炭材料（0.7~2nm）。
根据多孔炭材料的结构特点，又将其分为无序多孔炭和有序多孔炭材料。
其中，无序多孔炭材料的孔道不是长程有序，孔道形状不规则，孔径大小分布范围宽。
无序微孔材料中很重要的一类是分子筛型微孔炭，具有均一的微孔结构，孔直径在几A之内。
图11为模板法制备的有序多孔炭及无序多孔炭的流程图5A为不连通孔道模板制备的无序多孔炭，B为相互连通空隙模板制备的有序多孔炭。
多孔炭的微孔材料适合于吸附小分子化合物，而介孔炭材料则适合吸附分子直径较大的染料、维生素及高分子化合物等。
二、制备多孔炭材料的原材料理论上，只要能得到炭都可用作合成多孔炭的原料。
因此，制备多孔炭材料的原料种类繁多，主要有生物质材料、合成高分子材料、废弃高分子材料、焦油与煤炭材料等四类。
1、生物质材料可用作炭材料前驱体的生物质材料，既可以是植物的枝、干、叶、果实与果壳，也可以是动物的骨头和粪便，也可以来源于海洋生物（如海藻）。
枝干类材料有木材、竹、树皮、玉米芯和茎；果壳类材料有稻麦壳、核桃、椰子壳、果核、栗子壳、棉子壳等；还有蔗糖、糖蜜、咖啡豆、甘蔗渣、甜菜渣、木质素等。
多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备一、本文概述多孔碳材料是一种具有丰富孔隙结构和优异性能的新型碳素材料，因其在能源、环境、催化等多个领域中的广泛应用而备受关注。
本文旨在全面概述多孔碳材料的制备方法，包括物理法、化学法以及模板法等，并深入探讨各种制备方法的优缺点，以及多孔碳材料在不同领域的应用现状和发展前景。
通过本文的阐述，读者可以更加深入地了解多孔碳材料的制备技术和应用领域，为多孔碳材料的进一步研究和应用提供有价值的参考。
二、多孔碳材料的制备原理多孔碳材料的制备主要基于碳前驱体的热解或碳化过程，以及后续的活化处理。
制备原理主要涉及碳源的选择、热解或碳化过程、活化方法以及孔结构的调控等方面。
碳源的选择是多孔碳材料制备的关键。
常见的碳源包括天然生物质（如木材、椰子壳、动物骨骼等）、合成高分子（如酚醛树脂、聚丙烯腈等）以及碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管等）。
这些碳源在热解或碳化过程中，能够形成碳骨架，为多孔结构的形成提供基础。
热解或碳化过程是多孔碳材料制备的核心步骤。
在热解过程中，碳源中的有机物在缺氧或低氧环境下发生热分解，生成碳和水、二氧化碳等小分子。
碳化过程则是在更高温度下，进一步去除碳中的杂质，提高碳的纯度。
这两个过程都能够形成多孔结构，其中孔的大小和分布取决于碳源的种类、热解或碳化温度以及气氛等因素。
活化处理是多孔碳材料制备过程中的重要环节。
活化方法主要包括物理活化和化学活化。
物理活化通常使用二氧化碳或水蒸气作为活化剂，在高温下与碳发生反应，刻蚀碳表面，形成多孔结构。
化学活化则使用酸、碱或盐等化学试剂，与碳源在较低温度下发生反应，生成多孔碳材料。
活化处理能够有效地调控多孔碳材料的孔结构和比表面积，提高其吸附性能和电化学性能。
孔结构的调控是多孔碳材料制备过程中的关键技术。
通过调整碳源、热解或碳化条件、活化方法等因素，可以实现对多孔碳材料孔结构的有效调控。
例如，改变碳源的种类和粒径可以影响孔的大小和分布；调整热解或碳化温度可以改变孔的形貌和连通性；选择不同的活化剂和活化条件可以调控孔的数量和比表面积等。
多孔碳材料的设计制备与吸附性能
多孔碳材料的设计制备与吸附性能自工业革命以来，大气中CO2的浓度增长了近35%，达到了390ppm。
大气中CO2的浓度的迅速增加，是目前温室效应加剧的一个重要的因素。
为了减缓温室效应，降低大气中CO2的浓度迫在眉睫。
大量的CO2释放源，如化石燃料为基础的发电厂，是降低CO2浓度的首要目标。
近年来，多孔碳材料因为具有很高的比表面积，大的孔体积，高的吸附量，高的化学稳定性，价格便宜，以及便于修饰的特性被称赞为第二代吸附材料。
然而，单纯的活性炭对CO2的吸附量不是特别高，并且选择性也很低，主要是因为CO2气体分子和活性炭是物理吸附，分子间作用力弱所导致的。
为了加强CO2分子和吸附剂表面的作用力，在碳骨架中掺入碱性位点如电子供体N原子，提高表面的极性是非常有效的。
到目前为止在碳骨架中掺入氮碱性位的方法有很多：一种是高温条件下，在氨气的气氛中掺氮；另一种方法是在碳的前躯体中加入含氮的化合物。
后一种方法比前一种方法有很明显的优势，主要是方法简单，而且能获得较高的氮含量。
在本论文中，我们通过简单一步法合成氮掺杂的碳材料进行CO2的捕捉和分离性能的研究，并且都展现出较高的CO2吸附容量和优异的选择性分离性能。
1.利用生物基材料海藻酸(AA)作为碳源，在180oC溶剂热的条件下，加入膨胀剂戊二醛和吡咯，乙二胺作为氮源，合成了氮掺杂的碳前躯体，然后经过冷冻干燥和在混合气体Ar和CO2(体积比是3:1)的氛围中，不同温度下物理活化，得到了一系列的氮掺杂的多孔碳材料。
这一系列材料表现了优异的CO2吸附性质，其中样品AA-950，在298K和20bar条件下，吸附量高达16.20mmol g-1。
2.新型H3PO4-HNO3混合酸作为活化剂，生物质材料海藻酸钠作为碳源合成了一系列氮掺杂的多孔碳材料。
这些材料孔径分布非常集中，并且含有大量的吡咯型氮物种。
尤其是样品SA-2N-P，它的比表面积约为1740m2g-1。
在压力为1atm时，在不同温度273K和298K，CO2的吸附量分别是8.99mmol g-1和4.57mmol g-1。
“多孔碳材料的制备”资料汇整
“多孔碳材料的制备”资料汇整目录一、多孔碳材料的制备及在储氢、储电和催化中的应用二、多孔碳材料的制备及其性能研究三、超级电容器用新型多孔碳材料的制备及其电化学性能研究四、生物质基多孔碳材料的制备及在吸附、分离与催化中的应用研究五、分级多孔碳材料的制备及应用研究六、多孔碳材料的制备及其对Cr和四环素的吸附性能研究多孔碳材料的制备及在储氢、储电和催化中的应用多孔碳材料是一种具有高度多孔结构和优异性能的材料，由于其独特的性质，已经在储氢、储电和催化等领域展示出广泛的应用前景。
本文将介绍多孔碳材料的制备方法及其在储氢、储电和催化中的应用，并探讨其未来的发展方向。
多孔碳材料的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法和生物法等。
其中，物理法主要包括气体沉积、颗粒堆积等；化学法主要包括溶胶-凝胶法、模板法等；生物法则利用生物质或微生物作为前驱体，通过一定的处理得到多孔碳材料。
不同的制备方法具有各自的特点和优劣，需要根据实际需求进行选择。
多孔碳材料具有优异的储氢性能，主要得益于其高度多孔的结构和良好的吸附性能。
在储氢过程中，多孔碳材料能够吸附大量的氢气分子，并将其储存起来。
同时，多孔碳材料还具有较高的氢气吸附和解吸速率，使得其在实际应用中具有很好的可逆性和循环性能。
因此，多孔碳材料在储氢领域具有广阔的应用前景，有望为未来的能源储存和转化提供新的解决方案。
多孔碳材料在储电方面也具有优异的性能，主要表现在其良好的电化学性能和结构稳定性。
多孔碳材料作为电极材料时，能够提供较高的比容量和良好的循环寿命，同时还具有优良的倍率性能和解藕性能。
这些优点使得多孔碳材料在二次电池、超级电容器等储能领域具有广泛的应用前景。
多孔碳材料在催化方面也表现出良好的性能和优势，主要表现在其高度多孔的结构和良好的传质性能。
这种材料可以作为催化剂载体使用，能够提高催化剂的分散度和活性组分的利用率。
多孔碳材料还具有较好的热稳定性和耐腐蚀性，能够在高温和高腐蚀环境下保持稳定的性能。
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化学活化法工艺流程图
活化剂:KCNS、H3PO4、 H2SO4、ZnCl2、NaOH等
KOH
原料
破碎
脱水
活化
产品
干燥
水洗
酸洗
优点：炭化活化一次同步完成的，且所需的反应温度 低，碳收率高，AC内外均匀性好，比表面积高。 缺点：污染腐蚀大，AC中化学药剂易残留。
实验装置
控温仪
热电偶 管式炉
瓷管
空气 或氮气
实验设计
实验安排 第一阶段，原料分析 第二阶段，预氧化，温度400~450℃ 、时间1~4h、升 温速率0.5~10℃/min 第三阶段，炭化，活化
水平 1 2 3 炭化温度(A) 炭化时间(B) 活化温度(C) 活化时间(D) ℃ min ℃ min 350 400 450 30 45 60 800 850 900 100 120 80
活性炭的制备
活性炭的应用
简介
AC是黑色多孔物质，由微晶炭和无定型炭构成，含有灰分。 AC的突出优点是内部孔隙结构发达、比表面积大，具有优 良的吸附性能和良好的化学稳定性、物理稳定性以及使用 失效后容易再生等性能。 它能脱色、脱臭、脱硫、脱苯，还能选择性地脱除液相或 气相中某些化学杂质。 它也能吸附某些物质作为催化剂，使化学反应速度大大加 快，是良好的催化剂裁体。 AC广泛用于国防、化工、石油、电子、纺织、食品、医药、 交通能源、农业、原子能工业、城建、环保等方面。
0.016
Desorption Dv(d) / cm /g
3
0.012
0.008
0.004
0.000 2 4 6 8 10
Pore Diameter / nm
不同恒温时间前驱体制得活性炭微孔孔径分布
0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 AC-h1 AC-h2 AC-h3 AC-h4
活性炭的结构
微晶结构 孔隙结构 化学结构
乱层结构 大孔 中孔
无序结构 微孔 杂原子
表面氧化物
活性炭表面形貌
原料来源
类别 植物类 煤类 石油原料 塑料 其它 品种 木材，木炭，椰子壳，果核，稻壳，纤维素， 纸浆废液等 泥煤，褐煤，无烟煤，煤沥青 石油焦，石油沥青，石油渣，油砂地沥青 聚氯乙烯，聚丙烯，各种树脂等 砂糖，蜜糖，旧轮胎等
Sample
图 煤沥青与不同升温速率下前驱体中挥发分及TI含量
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图
不同升温速率得到前驱体偏光显微图
(a) CP (b) PC-r0.5 (c) PC-r2 (d) PC-r5 (e) PC-r10
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图 煤沥青与各前驱体SEM图 (a) CP (b) PC-r0.5 (c) PC-r2 (d) PC-r5 (e) PC-r10
高比表面积活性炭的研究进展
早在20世纪70年代，美、日等国已开展高比表面AC的研究 工作，并获得比表面积>3000m2/g的实验室样品。 AMOCO公司研究发现，在煤或石油焦中加入数倍的碱活化 处理可使AC比表面迅速提高，得到前所未有的高吸附容量 的AC。从此采用KOH作活化剂的化学活化法制备高比表面 积、性能良好AC的新型方法及产品不断出现。 日本以双电层电容的应用为契机，加强对高吸附能力AC的 研究工作。关西热化学株式会社用KOH活化石油焦制备出 高比表面AC，并在1992年投产，商品牌号为MAXS0RB。日 本大阪煤气公司以中间相炭微粒为原料，通过KOH活化制 得了比表面积高达4000m2/g的AC。
产品
干燥
水洗
Ph值
酸洗
比表面积
灰分
实验设计
考察因素 原料分析（元素组成、灰分、挥发分、软化点） 预氧化条件（预氧化温度、时间、氧化介质及流量、 升温速率） 前驱体粒度、碱炭浸渍比、分散剂的选择等 炭化条件（炭化温度、时间、升温速率） 活化条件（活化温度、时间、升温速率） 产品性能（灰分、比表面积、孔径分布）
2
Sample
不同预氧化恒温时间下活性炭的吸附等温线
420 390 360
AC-h1 AC-h2 AC-h3 AC-h4
Volume / cm /g
3
330 300 270 240 210 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
孔径分布
0.020 AC-h1 AC-h2 AC-h3 AC-h4
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 AC AC-r0.5 AC-r2 AC-r5 AC-r10
Specific surface area / m /g
2
Sample
图 由煤沥青与不同升温速率下前驱体制备的活性炭BET比表面积
0.030
Desorption Dv(d) / cm /nm.g
氧化而形成了微孔组织。
物理活化机理
水蒸汽活化机理：
C H 2O H 2 CO 130 k J C 2 H 2O 2 H 2 CO2 97 kJ
CO2活化机理：
C CO2 2CO 163 k J
活化过程中，气体与碳发生反应的同时，使被吸附的碳 氢化合物部分地发生分解而除去。活化第一阶段，除去被吸 附质并使被堵塞的细孔放开；进一步活化，使原来的细孔和 通路扩大；随后，由于碳质结构反应性能高的部分的选择性 氧化而形成了微孔组织。
富集，最后成为富炭或纯炭物质。
物理活化法工艺
炭化过程分为400℃以下的一次分解反应，400-
700℃的氧键断裂反应，700-1000℃的脱氧反应等
三个反应阶段，经过上述三个反应阶段获得缩合 苯环平面状分子而形成三维网状结构的炭化物。 炭化物的吸附能力低，这是由于炭中含有一部分 碳氢化合物、细孔容积小以及细孔被堵塞等原因
炭素化学及工艺
——多孔炭材料
多孔炭材料
所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料，
其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微 孔直到适于微生物增殖及活动的微米级细孔。 作为新材料，它们又具有耐高温、耐酸碱、导电、 传热等一系列优点。多种形态的活性炭是这类材
料的典型例子，它们在气体和液体的精制、分离
国内外活性炭的生产现状
二战前后，美国的AC产量一直居世界第一位。80年代后， 第三世界国家的AC工业开始发展，产量逐渐增加，到目前， 世界五大洲40多个国家生产AC，年产量达70多万吨。 国外AC工业起步较早，活性炭需求量也与日俱增。西方一 些方达国家在环保方面的人均活性炭需求量达到300-400 克/年·人。目前世界活性炭年消费量超过70万吨，并以 每年15%的速度递增长。 我国的AC产量也一直呈上升的趋势，单从出口来看，我国 早在1995年就已超过美国，成为活性炭最大的出口国。
0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 2 4 6 8 10
3
AC AC-r0.5 AC-r2 AC-r5 AC-r10
12
Pore Diameter / nm
图 由煤沥青与不同升温速率下前驱体制备的活性炭中孔孔径分布
0.018 0.016
Desorption Dv(w) / cm /g
3
Pore Width / nm
实验设计
以煤沥青为原料制备高比表面积活性炭，设计 工艺流程。 指出要考察哪些因素的影响？如何安排实验进 程？
实验设计
软化点 软化点 碱炭比 温度、时间
元素分析
灰分、挥发分
粒度
KOH
温度、时间
煤沥青
预氧化
粉碎
浸渍
炭化活化
炭化样与活化样ＳＥＭ图
活性炭的主要性能表征
比表面积及孔径分布 孔隙结构
ＢＥＴ比表面测定仪 ＳＥＭ ＳＴＭ
表面化学结构
微晶结构
ＦＴＩＲ
ＸＲＤ
BET吸附理论
吸附的发生是由于吸附质分子与吸附剂表面分子发生相互
作用。吸附作用一般分为两类，一种为物理吸附，即吸附
质分子与吸附剂之间的作用力是范德华引力，另一种为化 学吸附，即吸附质分子与吸附剂之间形成表面化学键。
高比表面积活性炭的研究进展
我国学者在20世纪90年代展开了类似研究,并取得一定进展 东北林大的郭幼庭等人以水解木质素为原料，以碱类化合 物为活化剂制得了比表面积近3000m2/g的木质AC； 山西煤化所的乔文明等采用氧化沥青为原料，以KOH粉末为 活化剂，制得比表面积在3000m2/g左右的AC； 武汉冶金科技大学的欧阳曙光等以中温煤沥青为原料，KOH 活化制得比表面积2377m2/g的AC，其比孔容积为1.50cm3/g 湖南大学的刘洪波等以长岭石油焦为原料，采用KOH活化制 得比表面积为3231m2/g的AC； 大连舰艇学院的梅建庭等以煤沥青为原料，采用KOH活化制 出比表面积为2690m2/g的AC。
吸附等温线是在恒定温度下平衡吸附量与被吸附气体压力
的关系曲线 。
BET吸附理论
吸附等温线类型
不同恒温时间下前驱体制备的活性炭比表面积
1400
Specific surface area / m /g
1200 1000 800 600 400 200 0 AC-h1 AC-h2 AC-h3 AC-h4
以及水处理和空气净化等方面已得到广泛的应用。
活性炭
活性碳纤维