第12章 生物质基活性炭的制备与应用
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》范文
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》篇一摘要：本文旨在探讨生物质基碳材料的制备方法及其在环境与能源领域的应用。
首先，我们将概述生物质基碳材料的基本概念和重要性。
接着，我们将详细描述其制备方法，包括原材料的选择、处理工艺和关键技术。
随后，我们将探讨这些材料在环境修复、能源存储和转换以及环境友好的能源利用等方面的应用。
最后，我们将对生物质基碳材料的发展前景进行展望。
一、引言随着人类对可再生能源和环保技术的需求日益增长，生物质基碳材料因其来源广泛、成本低廉、环境友好等优点，受到了广泛关注。
这类材料以生物质为原料，通过特定的热解、活化等工艺制备而成，具有优异的物理化学性能，如高比表面积、良好的导电性和化学稳定性。
在环境与能源领域，生物质基碳材料的应用具有巨大的潜力和广阔的前景。
二、生物质基碳材料的制备1. 原材料选择：生物质基碳材料的原材料主要包括农业废弃物、木材、纤维素、果壳等。
这些原料具有可再生、可降解的特点，是制备生物质基碳材料的理想选择。
2. 处理工艺：生物质基碳材料的制备过程主要包括预处理、碳化和活化三个步骤。
预处理阶段主要是对原料进行清洗、破碎和干燥；碳化阶段是通过高温热解将原料转化为碳材料；活化阶段则是通过化学或物理方法进一步增加碳材料的比表面积和孔隙结构。
3. 关键技术：在制备过程中，需要掌握的关键技术包括温度控制、气氛调节、催化剂的使用等。
这些技术对最终产品的性能和质量有着至关重要的影响。
三、生物质基碳材料在环境与能源中的应用1. 环境修复：生物质基碳材料因其大的比表面积和丰富的孔隙结构，具有良好的吸附性能，可应用于废水处理、重金属离子吸附、气体净化等领域。
此外，其还可以作为催化剂或催化剂载体，提高环境修复的效率。
2. 能源存储和转换：生物质基碳材料在能源存储和转换方面也具有广泛的应用。
例如，可作为锂离子电池、钠离子电池、超级电容器的电极材料，提高电池的能量密度和功率密度。
此外，还可以作为燃料电池的催化剂载体或电解质添加剂，提高燃料电池的性能。
《2024年生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》范文
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》篇一摘要：本文详细介绍了生物质基碳材料的制备方法，包括其原料选择、制备工艺以及性能特点。
同时，探讨了生物质基碳材料在环境与能源领域的应用，包括其在污染物处理、能源储存与转化等方面的作用，并对其未来发展进行了展望。
一、引言随着人类对可再生能源和环保技术的需求日益增长，生物质基碳材料因其来源广泛、环境友好、可再生的特点，受到了广泛关注。
生物质基碳材料以生物质为原料，通过特定的碳化工艺制备而成，具有优异的物理化学性能，在环境与能源领域具有广阔的应用前景。
二、生物质基碳材料的制备1. 原料选择生物质基碳材料的原料主要包括农业废弃物、林业剩余物、水生植物等。
这些原料具有可再生、低成本的优点，是制备生物质基碳材料的理想选择。
2. 制备工艺生物质基碳材料的制备工艺主要包括炭化、活化、表面改性等步骤。
炭化过程是通过热解将生物质转化为碳质材料；活化过程则通过物理或化学方法进一步提高材料的孔隙结构和比表面积；表面改性则通过引入功能基团或杂质元素来改善材料的性能。
3. 性能特点生物质基碳材料具有优异的导电性、良好的化学稳定性、较高的比表面积和丰富的孔隙结构等特点，使其在环境与能源领域具有广泛应用。
三、生物质基碳材料在环境与能源中的应用1. 环境领域应用（1）污染物处理：生物质基碳材料具有优异的吸附性能，可用于处理水体和空气中的有机污染物、重金属离子等。
其大比表面积和丰富孔隙结构使得吸附效果显著。
（2）二氧化碳捕获：生物质基碳材料可作为二氧化碳的吸附剂或储存介质，有助于减缓温室效应。
（3）废水处理：生物质基碳材料可应用于废水处理中的生物反应器，提高废水处理效率。
2. 能源领域应用（1）能源储存：生物质基碳材料可作为锂离子电池、超级电容器的电极材料，提高能源储存密度和循环稳定性。
（2）太阳能电池：生物质基碳材料可应用于太阳能电池的电极和电解质中，提高太阳能的转换效率。
（3）燃料电池：生物质基碳材料可作为燃料电池的催化剂载体，提高催化剂的活性和稳定性。
生物基炭材料的制备和应用研究
生物基炭材料的制备和应用研究在近年来，随着环保意识的增强和资源枯竭的警醒，越来越多的人开始关注生物基炭材料的制备和应用研究。
生物基炭材料是一种基于生物质制备的炭材料，其制备过程不仅可以有效地利用农副产品、家庭废弃物等生物质资源，还可以减少二氧化碳排放，有效地降低环境污染。
本文将对生物基炭材料的制备方法和应用研究进行探讨。
一、制备方法生物基炭材料的制生过程主要涉及两个方面，即生物质的加工和炭化过程。
关于生物质加工，主要是将生物质经过切割、压缩等方式加工成一定规格的颗粒状，方便进行后续的炭化处理。
炭化处理是将生物质经过一定的热处理，将其内部结构发生改变，转化成炭质。
目前比较常见的炭化方法有高温炭化、热解炭化、气化炭化、水热炭化等，这些方法的不同使得生物基炭材料的物理、化学性质均有所差异。
二、应用研究生物基炭材料不仅可以作为生物肥料、土壤改良剂等农业用途，还可以制作多种炭制品，如生物基活性炭、生物基吸附剂等，这些应用研究正逐步拓宽着生物基炭材料的应用领域。
首先，生物基活性炭可以应用于冶金、制药、食品加工等行业中，不仅能够吸附大量的有害物质，比如重金属离子、有机化合物等，还能够起到气体净化的作用。
其次，生物基吸附剂也是一种具有广阔应用前景的产品品种。
在水处理、医药、化学领域等社会生活中，生物基吸附剂的应用研究是目前较为前沿的研究方向。
生物基吸附剂不仅可以去除水污染物、医药中的有害物质，对环境污染问题也能够起到一定的净化作用。
最后，生物基炭材料还有一大应用领域就是用于锂电池、超级电容器等新能源产业中，其在电导率、稳定性等方面性质表现较为优异。
三、展望实现可持续发展是人类的目标，而生物基炭材料的制备和应用研究将在实现这一目标上扮演着重要的角色。
虽然制备和应用研究有很多已有的探索和实践，但与其它材料相比，生物基炭材料的完善和推广仍需进一步的加强，特别是在炭化方法、材料性能等方面的研究需进一步深入和完善。
结语在世界资源变得更为匮乏的今天，生物基炭材料将会是有广阔前景的一项产业，作为一项环保的、可持续的绿色技术，生物基炭材料的研究将对未来产业发展和环境保护有着至关重要的作用。
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》范文
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》篇一摘要：本文综述了生物质基碳材料的制备方法、性质特点及其在环境与能源领域的应用。
随着对可再生能源和环保材料需求的增加，生物质基碳材料因其来源广泛、成本低廉、环境友好等优点，逐渐成为研究的热点。
本文旨在全面介绍生物质基碳材料的制备工艺及其在环境治理和能源开发中的应用前景。
一、引言生物质基碳材料是指以生物质为原料，通过特定的工艺方法制备得到的碳材料。
生物质包括农作物废弃物、林木废弃物、城市垃圾等，利用这些物质进行碳材料的制备不仅可解决环境问题，而且对开发绿色、可再生的新能源具有深远的意义。
本文旨在全面分析生物质基碳材料的制备过程以及其在环境与能源领域的具体应用。
二、生物质基碳材料的制备方法（一）热解法热解法是生物质基碳材料的主要制备方法之一。
将生物质材料在高温、无氧或低氧条件下进行热解，得到碳材料。
这种方法简单易行，且碳产率高。
（二）化学活化法化学活化法是通过化学试剂与生物质材料进行反应，再经过高温处理得到碳材料的方法。
这种方法可以调节碳材料的孔隙结构和表面性质。
（三）气相沉积法气相沉积法是在特定条件下，通过气相中的有机物分解并沉积在基体上，形成碳材料的方法。
这种方法可以制备出具有特定结构和性能的碳材料。
三、生物质基碳材料的性质与特点（一）多孔性生物质基碳材料具有丰富的孔隙结构，包括微孔、介孔和大孔等，有利于吸附和分离环境中的有害物质。
（二）高比表面积生物质基碳材料具有较高的比表面积，能够提供更多的反应活性位点，提高其在催化、吸附等反应中的效率。
（三）良好的导电性经过适当的处理，生物质基碳材料具有良好的导电性，可应用于电化学储能器件和电极材料等领域。
四、生物质基碳材料在环境与能源领域的应用（一）环境治理方面的应用生物质基碳材料因其多孔性和高比表面积的特点，常被用于吸附和分离环境中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等。
此外，还可用于制备催化剂及其载体，提高污染物的降解效率。
生物质活性炭的制备及应用进展
1
生物质活性炭的原料
生物炭的原料来源十分广泛， 据文献报道， 许
［3 ， 4 ］ ［5 ］ 、 核桃壳 、 胡桃
多农林业副产物， 例如枣核 壳 根
［6 ］ ［13 ］ ［9 ］
［7 ， 8 ］ ［9 ， 10 ］ ［11 ， 12 ］ 、 、 、 、 废茶叶 玉米芯 椰子壳 甜菜 ［14 ］ ［15 ］ ［9 ］ 、 花生壳 、 稻谷壳 、 棉花壳 、 香蕉
http： / / www． hxtb． org
化学通报 2016 年 第 79 卷 第 3 期
［31 ， 32 ］
·基团
。微
3. 2
表面还原改性
波辐射加热还适用于物理活化法制备生物质活性 ［33 ］ 炭。Yang 等 以椰壳为原料， 分别以 CO2 、 水蒸 气以及两者的混合气为活化剂， 采用微波辐射的 2079 比表面积分别为 2280 、 方法制备了活性炭，
Characteristics of activated carbon from biomass
* SA： surface area，MB： Methylene blue adsorption
化学活化法是将原材料浸渍在活化剂如 ZnCl2 、FeCl3 、H3 PO4 、KOH、K2 CO3 、CH3 COOK、 H2 SO4 和 NaOH 中， 然后在惰性气体的氛围中加 热炭化， 温度范围在 400 800ħ ， 通常是将炭化 和活化一步完成， 在较低的温度下即可进行， 而且 H PO 部分活化剂如锌盐和 3 4 很容易回收再利用， 但是化学活化使用了化学试剂， 可能会带来一定 ［27 ］ 的环境污染 。 物理活化法是用 CO2 、 空气或者水蒸气为活 化剂， 使用物理活化方法时， 高温热解和活化通常 是两个阶段。 在热解阶段， 原料在惰性气体氛围 中于 400 800ħ 温度范围内炭化， 所得到的炭具 有一定的孔结构； 第二阶段是在高温下有控制地 用活化剂对生物炭进行活化， 增加孔的数量， 得到 最终 需 要 的 活 性 炭。 CO2 由 于 原 料 易 得， 在 800ħ 左右反应速率较慢， 活化过程容易控制且无 污染， 是物理活化中常用的活化剂。 CO2 活化主
生物质活性炭制备与应用实验方案
1. 刚果红标准曲线的绘制： （1）取0.2g刚果红于1000ml容量瓶中，加入蒸馏水 至标准线，得出200mg/l的刚果红标液，储藏（注意，两 支1000ml容量瓶都要配置，否则不够用）； （2）配置不同浓度的刚果红溶液100ml，配置比例如 表：
四．梧桐树皮活性炭对刚果红 的吸附性能
配置图表
二．活性炭的制备
原料采集
浸渍
碳化
活化
洗涤
粉碎过筛
干燥Βιβλιοθήκη 二．活性炭的制备1、原料采集
本次实验将使用园林废弃物梧桐树皮作为原材料制取活性炭， 其优点主要是因为树皮结构中有占干重35%的纤维素、10%左 右的聚戊糖，还含有一些醛、酮、醇、酯等成分，如单宁、聚 酚酸、乳糖醛酸等，这些物质及成分对吸附重金属离子及部分 阳离子型有机物有很大作用，同时来源广泛，成本低廉，又可 以废物利用，可以为制备活性炭的原料选择提供新的参考。
三．梧桐树皮活性炭的表征
实验步骤
1. 称取经粉碎至71 μm的干燥试样0. 5 g ，粉状炭需作补充研磨， 以满足71 μm以下要求，放入干燥的100 mL碘量瓶中，准确 加入(盐酸10. 0 mL，使试样湿润，放在电炉上加热至沸，微 沸(30士2) s，冷却至室温后，加入50. 0 mL的0.1 mol/L碘标 准溶液。立即塞好瓶盖，在振荡机上振荡15 min，迅速过滤 到干燥烧杯中。 2. 用移液管吸取10. 0 mL滤液，放人250 mL碘量瓶中，加入 100 mL水，用0. 1 mol/L硫代硫酸钠标准溶液进行滴定，在溶 液呈淡黄色时，加2 mL淀粉指示液，继续滴定使溶液变成无 色，记录下使用的硫代硫酸钠体积。
二．活性炭的制备
4、实验步骤
3. 制得的活性炭样自然冷却至室温后，研磨至30~40目左右， 用10%盐酸酸洗，再水洗至接近中性后过滤，最后干燥即得 梧桐树皮活性炭样品--2中的样品分别装袋密封标记A1、A2、 A3、A4、A5;B1、B2、B3、B4、B5;C1、C2、C3、C4、C5； 4. 活性炭的产率计算：所得活性炭的质量/树皮粉的质量
第12章 生物质基活性炭的制备与应用
活性炭分类
按应用场合分类
粉状活性炭 主要用于味精、柠檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清凉饮料葡萄和搞菌素 等的脱色提纯。 项目指标 : 粒度 100 目；亚甲兰脱色力ml≥11 ；碘吸附值≥950mg/g ；总 铁量≤0.10% ；干燥减量≤10% ；氯化物≤0.20% ；灼烧残渣≤3% ； PH 值 6-8
活性炭分类
按外观形状分类
③ 其它形状的活性炭
除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其他形状的，如活性炭 纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等。
活性炭分类
按孔容分类
活性炭孔径一般分为三类
大孔：1000-1000000A 过渡孔：20-1000A 微孔：20A
大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，大孔体积较大的活性炭。
活性炭分类
粒状炭分类
c) 球形活性炭
• 球形活性炭的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态 含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭 加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分 • 球形活性炭：以球形颗粒的直径表示，用乘上10的数字标出。例如球 形直径为20，表示球体直径为2mm。形状最好，需造粒。 • 球形活性碳具有压降小，磨耗率低且容易操作的优点，正常情况下磨 耗量约0.3g/m2· hr，大都利用于流化床系统。
粉状炭再生比较困难，通常使用粉状炭需要相当大的混合池和沉淀 池以及混合、沉淀、过滤、分离等多道工序，操作困难，失效的活性 炭不能再生使用，故消耗量较大(近年也有研究将它再生)。
活性炭分类
按外观形状分类
② 颗粒活性炭: 粒度大于0.175mm的活性炭 早期粉状炭的产量与用量均超过粒状炭，糖和药品的脱色精制以及 早期的水处理都以粉状炭为主 后来随着应用范围的扩大、使用工艺的改进，特别是再生方法与再 生设备的解决，使粒状炭的用量不断上升，逐渐超过了粉状活性炭
生物质热解制备生物活性炭及其应用研究
生物质热解制备生物活性炭及其应用研究生物质是一种可再生资源，因此在可持续发展的要求下，生物质被广泛应用于能源、化学品等领域。
其中，生物质热解制备生物活性炭，成为一个备受关注的研究领域。
本文将从热解原理、炭素微观结构、制备工艺、生物活性及应用等方面，综述生物质热解制备生物活性炭及其应用研究现状和发展趋势。
一、热解原理生物质热解是将生物质在高温、缺氧或微氧气氛下，通过热解分解的方法产生热解物和热解气。
热解物中主要包括生物炭、液态产品和气相产物。
由于热解过程中气相产物与液态产品往往难以利用，因此炭素材料成为研究的重点。
热解过程中，生物质分子在热分解温度下发生热解反应，形成机械强度高、孔径分布广和化学性质稳定的生物炭。
同时，生物质热解还可产生大量的有机气体和液体燃料，其在生物质能源利用和液体燃料化工等领域具有广泛的应用。
二、炭素微观结构生物质热解制备生物活性炭，是通过对生物质中的碳元素进行裂解和重组来实现的。
大多数生物炭的基础结构是由碳微晶和非晶碳组成，并包含氧、氢和少量其他元素（如N、S、P）。
在热解的过程中，碳微晶会发生聚合、重组和结构调控等反应，从而形成生物炭的独特微观结构。
生物炭的微观结构具有复杂性、多样性和可调控性。
其中，孔径结构、比表面积和石墨度等是制备、性能评价及应用的重要参数。
孔径大小、分布和形态等决定了生物炭的吸附性能、离子交换能力等。
比表面积是表征生物炭吸附、催化和电化学等特性的重要参数。
石墨度可反映生物炭结构的纤维化和烷基化程度。
三、制备工艺生物质热解制备生物活性炭的制备工艺较为复杂，其中包含了多种制备方法。
例如：慢热解法、快速热解法、催化热解法等。
其中，慢热解法是最常用的生物炭制备方法之一。
该方法利用生物质在缺氧或微氧气氛下，在较低温度下热分解，生成主要由非晶碳、小晶体石墨和极微晶体石墨组成的生物炭。
优点是制备工艺简单，一般不需要添加活性剂、催化剂。
缺点是制备周期长，产量较低。
快速热解法是利用生物质在短时间内受到高温高压作用，使部分挥发性物质蒸汽化，其热解程度较之慢热解法更高，可以通过改变处理温度、气氛、时间等控制生物炭的结构和性能。
活性炭的制备和应用
活性炭的制备和应用活性炭是一种广泛应用于空气净化、水处理、食品加工和制药等领域的重要材料。
活性炭的制备和应用一直备受研究者关注，目前已经形成了一套成熟的技术和体系。
本文将介绍活性炭的制备和应用，以及未来的发展趋势。
一、活性炭的制备活性炭的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法是利用高温或化学活化剂将有机材料加热或炭化产生的炭黑、木炭、煤焦炭等原料制得活性炭。
物理法制备出的活性炭孔径分布范围广，表面积大，具有良好的吸附性能，但制备成本较高。
化学法是在有机材料中加入化学活化剂进行化学反应，产生气体孔道和微孔道的形成，从而制备出活性炭。
化学方法制备出的活性炭结构复杂，具有高的表面积和较高的表面化学反应活性。
生物法利用生物质作为原料，通过炭化和活化处理得到生物质活性炭。
生物法制备简单，成本低廉，是一种环保型的活性炭制备方法。
二、活性炭的应用活性炭广泛应用于空气净化、水处理、食品加工和制药等领域。
1. 空气净化活性炭吸附性能突出，可有效去除有害气体和异味，被广泛应用于空气净化领域。
例如，有些家庭空气净化器使用了活性炭滤网，能够有效去除甲醛、苯等有害气体。
2. 水处理活性炭可以吸附水中的有机物、异味和金属离子等，常常作为水处理中的一种重要材料。
例如，面向市场的水处理产品中含有熟化的活性炭，能有效地去除水中的异味和色素。
3. 食品加工领域在食品加工中，活性炭也扮演着重要的角色。
活性炭的应用可以有效去除食品加工过程中产生的色素、异味和杂质，保证食品的质量和卫生安全。
例如，糖果、巧克力、啤酒等生产过程中都可以使用活性炭进行处理。
4. 制药领域活性炭吸附性能强，可以将污染物质除去，从而净化药物原材料。
此外，活性炭还可以去除药品中的不纯物质，保障药品的质量和安全。
例如，常常使用活性炭作为口服药片和医用药剂的纯化材料。
三、未来的发展趋势随着生活品质的提高、治理环境的需求和工业控制的发展，活性炭的应用前景将逐渐扩大。
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》范文
《生物质基碳材料的制备及在环境与能源中的应用》篇一一、引言随着人类对可再生能源和环保材料的需求日益增长，生物质基碳材料因其可持续性、低成本和高性能等特点，逐渐成为研究热点。
本文旨在探讨生物质基碳材料的制备方法，并分析其在环境与能源领域的应用。
二、生物质基碳材料的制备1. 材料来源生物质基碳材料主要来源于农业废弃物、林业残余物、城市固体废弃物等可再生资源。
这些生物质材料富含碳元素，经过特定的处理工艺可转化为碳材料。
2. 制备方法（1）物理法：包括炭化、活化等过程，通过控制温度、气氛和时间等参数，将生物质转化为碳材料。
（2）化学法：利用化学试剂与生物质反应，通过碳化、交联等过程制备碳材料。
（3）生物法：通过微生物的作用，将生物质转化为碳材料。
此方法环保且成本低，具有较大的应用潜力。
三、生物质基碳材料在环境领域的应用1. 污水处理生物质基碳材料具有优异的吸附性能，可用于污水处理中的重金属离子、有机污染物等的去除。
其大比表面积和丰富的孔隙结构，使得吸附效果显著。
2. 空气净化生物质基碳材料可吸附空气中的有害气体和颗粒物，提高空气质量。
同时，其表面可负载催化剂，用于催化氧化或还原反应，进一步净化空气。
3. 土壤修复生物质基碳材料可改善土壤结构，提高土壤肥力。
同时，其吸附性能有助于吸附土壤中的重金属离子和有机污染物，修复受污染的土壤。
四、生物质基碳材料在能源领域的应用1. 锂离子电池生物质基碳材料具有高的比表面积和良好的导电性，是锂离子电池的理想电极材料。
其优异的电化学性能使得锂离子电池具有较高的能量密度和循环稳定性。
2. 燃料电池生物质基碳材料可作为燃料电池的催化剂载体或电极材料，提高燃料电池的性能。
其良好的导电性和化学稳定性，使得燃料电池具有较高的功率密度和稳定性。
3. 太阳能电池生物质基碳材料可应用于太阳能电池的透明导电层或电极材料，提高太阳能的利用率。
其优良的透光性和导电性，有助于提高太阳能电池的光电转换效率。
利用生物质制备环保型活性炭的研究和应用
利用生物质制备环保型活性炭的研究和应用生物质是一种可再生能源，由于其来源广泛、成本较低以及对环境的友好性，在能源领域中的应用不断拓展。
近年来，生物质制备环保型活性炭的研究引起了人们的关注，这种活性炭具有良好的吸附性能和环保特性，在水处理、空气净化等领域有着广泛的应用前景。
生物质制备环保型活性炭的基础是利用生物质作为原料，采用热解法或物理激活法获得活性炭。
生物质可以是农作物秸秆、木材、植物纤维等，这些废弃物中的有机成分可以被转化为具有吸附能力的碳质材料。
与传统矿物质原料相比，生物质原料在取得、加工和运输等环节中所产生的温室气体排放量更低，因此生物质制备环保型活性炭符合“低碳经济”和“循环经济”等现代环保理念。
热解法是一种将物质加热至高温并在无氧或微氧气氛下分解为固体炭和有机气体的方法。
在生物质进行热解时，废弃物内的碳、氧、氢等元素会发生化学反应，失去一部分氧和水分后，最终形成高比表面积和多孔的活性炭。
热解温度、加热速率和热解过程中气氛的控制是影响热解产物性质的重要因素。
目前，热解法正逐渐成为生物质制备环保型活性炭的主要方法之一。
物理激活法是将生物质碾磨成粉末或颗粒后，在高温下再次加热，在氮气或碳酸气氛中直接激活所得到的碳质材料。
这种方法不需要添加化学剂，因此在制备过程中环境污染较小。
物理激活法所得到的活性炭比较均匀，具有优异的微孔介径和单孔直径，吸附能力强。
生物质制备的环保型活性炭具有许多良好的特性。
其第一个特点是高比表面积和多孔性。
热解法制备的活性炭比表面积可以达到2000平方米/克以上，表面有着大量的微孔和小孔，这使得它的吸附能力非常强。
此外，由于生物质原料的含水率较高，热解时会产生一定量的气体，这些气体在碳化过程中跑出的细小孔道，形成了很多多孔的活性炭，因此生物质制备的环保型活性炭具有较好的多孔结构。
其次，环保型活性炭可以有效地去除水中的有害污染物。
在饮用水处理、污水处理和工业废水处理等领域，环保型活性炭可以去除水中的重金属、有机物、氯、氯气等有害物质，使得水质得到充分保护。
生物质制备碳材料的研究及其应用
生物质制备碳材料的研究及其应用碳材料已经成为了现代化工、电子、航空航天等领域中的必要材料，其优异的物理化学性质和广泛的应用前景，使得人们越来越关注碳材料的研究及制备方法。
而在这个领域中，生物质作为废物资源的再利用，成为了一种值得人们关注的研究方向。
一、生物质制备碳材料的优势生物质是一种丰富的可再生性废物资源，其天然的结构和组成，决定了其作为制备碳材料的优越性。
首先，生物质中的纤维素、木质素等成分是制备碳材料的主要前体材料，这些材料具有丰富的多孔结构和复杂的化学反应过程，可以通过一系列的制备方法，实现碳材料的高度定制化生产。
其次，生物质本身来源广泛，无需经过高成本的化学合成过程，相对于传统的矿物碳材料制备方法，生物质制备碳材料的生产成本更为低廉，具有更为显著的环境和经济效益。
二、生物质制备碳材料的方法和技术根据生物质的不同来源，可以采用不同的制备方法来制备碳材料。
早期的研究多采用热解法、炭化法等传统制备方法，通过高温下使生物质发生热解、碳化反应，制备出不同孔径和形态的碳材料。
但是这些方法制备碳材料的过程中，存在高能耗、低制备效率等问题，同时其制备出的碳材料也常常存在热解难度大、孔径分布不均匀等缺陷。
近年来，随着生物质转化技术的不断进步，制备碳材料的更为精细和定制化方法逐渐被提出。
其中，利用生物质的水热特性，利用其在高温和高压下的反应活性，制备中空和多孔结构的碳材料可以制备极具优势的生物质制备碳材料方法之一。
此外，还可以通过合成生物质基碳材料前体物的高级碳材料领域中，制备各种特殊形状或结构的碳材料。
这些方法不仅可以提高碳材料的质量和性能，而且能更好地满足不同领域的应用需求。
三、生物质制备碳材料的应用前景生物质制备碳材料具有丰富的孔径分布和多层多孔的结构特点，这些特点使得其在某些领域中有着不可替代的优势。
例如，在增强材料领域中，生物质制备碳材料通常用作纤维增强材料、复合材料和层板材料中矩阵材料，可以有效增强材料的强度和韧性。
生物质炭材料的制备与应用
生物质炭材料的制备与应用生物质炭材料是一种重要的碳材料，具有广泛的应用前景。
生物质炭材料的制备方法多样，包括碳化、活化等过程。
本文将介绍生物质炭材料的制备方法及其在环境保护、能源领域等方面的应用。
一、生物质炭材料的制备方法1. 碳化法碳化是将生物质原料在高温下缺氧或无氧条件下进行热解，生成炭材料的过程。
碳化法制备的生物质炭材料具有较高的碳含量和热稳定性。
常用的碳化方法包括干馏法、气相碳化法等。
2. 活化法活化是在碳化的基础上，通过化学或物理方法对生物质炭材料进行处理，增加其比表面积和孔隙结构，提高其吸附性能和催化性能。
活化法制备的生物质炭材料具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，适用于吸附、催化等领域。
3. 气相沉积法气相沉积法是将生物质原料在气相中进行热解或裂解，生成炭材料的过程。
气相沉积法制备的生物质炭材料具有较好的均一性和纯度，适用于电化学储能、传感器等领域。
二、生物质炭材料的应用1. 环境保护领域生物质炭材料具有良好的吸附性能，可用于水处理、空气净化等环境保护领域。
生物质炭材料可以吸附重金属离子、有机污染物等有害物质，净化环境，保护生态平衡。
2. 能源领域生物质炭材料具有较高的热稳定性和导电性，可用于储能、传感器等领域。
生物质炭材料可以作为电极材料、储能材料，应用于锂离子电池、超级电容器等能源设备中，提高能源利用效率。
3. 农业领域生物质炭材料可以改良土壤、提高土壤肥力，促进植物生长。
生物质炭材料可以调节土壤酸碱度、改善土壤结构，减少化肥的使用，降低农业生产对环境的影响。
4. 其他领域生物质炭材料还可以应用于建筑材料、化工材料等领域。
生物质炭材料可以提高材料的强度、耐久性，改善材料的性能，拓展其应用范围。
总之，生物质炭材料具有广泛的应用前景，其制备方法多样，应用领域广泛。
未来，随着生物质炭材料制备技术的不断发展和完善，生物质炭材料将在环境保护、能源领域等方面发挥越来越重要的作用。
生物质碳基材料的制备及在储能器件中的应用
生物质碳基材料的制备及在储能器件中的应用生物质碳基材料的制备及在储能器件中的应用导言：随着能源需求的不断增加和传统能源的日益枯竭，寻找新型、高效能源储存材料成为了当今科学领域的研究热点之一。
生物质碳基材料以其丰富的来源、可再生的特性以及在储能领域中的广泛应用，成为了一种备受瞩目的研究方向。
本文旨在介绍生物质碳基材料的制备方法以及其在储能器件中的应用。
一、生物质碳基材料的制备方法生物质碳基材料的制备过程一般可以分为碳化和活化两个步骤。
1.1 碳化碳化是指生物质经过高温处理后，其有机成分转变为无机碳的过程。
碳化操作可以通过热解、热溶解和气相碳化等方法实现。
其中最常见的碳化方法是热解法，即将生物质放入高温炉内，在无氧或低氧条件下进行加热处理，使有机物逐渐转变为无机碳。
此外，也可以利用生物质与一些元素化合物（如金属氧化物）反应生成的金属碳化物作为碳源，实现碳化反应。
1.2 活化活化是指碳化得到的产物经过一定处理方法，使其孔隙结构得到调控和改进。
活化一般可分为物理活化和化学活化两种方法。
物理活化常采用高温炭烧、蒸汽活化等方法，通过加热处理或蒸汽处理来调节碳材料的孔隙结构。
化学活化则是利用一些活化剂，如磷酸、碱金属等，通过化学反应来实现碳材料孔隙结构的形成和调整。
二、生物质碳基材料在储能器件中的应用生物质碳基材料在储能器件中具有广泛的应用前景。
以下将从超级电容器、锂离子电池和燃料电池三个方面进行介绍。
2.1 超级电容器超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的新型能量储存装置，其储存能量的方式主要是通过电化学双层电容和红外和伪半电容效应储存电能。
生物质碳基材料具备可调控孔隙结构和较高的比表面积优势，可以提供较大的表面吸附区域，提高电解质的吸附量，从而显著提高超级电容器的电容量。
同时，生物质碳基材料还可通过疏松微孔结构提供短路径电子传输，加快离子迁移速度，提高电极的电导率。
这些特性使得生物质碳基材料在超级电容器中具有良好的应用潜力。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究生物质活性炭是一种绿色环保材料，具有良好的吸附性能，广泛应用于水处理、废气处理以及化工领域。
本文将结合生物质活性炭的合成方法及其对染料吸附性能的研究，探讨其在环境领域的应用前景。
一、生物质活性炭的合成方法生物质活性炭是由生物质经过一系列的炭化、活化处理得到的吸附材料。
生物质活性炭的合成方法包括物理方法、化学方法和生物方法三种。
物理方法是指通过高温炭化和活化处理，将原生物质转化为活性炭。
常用的物理方法包括焙烧法、炭化法和蒸汽活化法。
焙烧法是将生物质放置在高温下进行干馏和炭化，得到活性炭。
炭化法是将生物质放置在缺氧条件下进行炭化，再进行活化处理。
蒸汽活化法是在炭化后的活性炭上用水蒸汽进行活化处理，增加其孔隙度和表面积。
化学方法是指在生物质炭化的过程中添加化学活化剂，如氯化锌、磷酸盐等，促使碳与活性氢之间的竞争反应转化为碳与空位之间的力学反应，提高活性炭的孔隙度和比表面积。
生物方法是指利用微生物对生物质进行降解，生成生物质活性炭。
常用的生物方法包括生物碳化和微生物酶解法。
以上三种方法各有优缺点，应根据实际需求选择合适的合成方法。
研究表明，生物质活性炭对染料的吸附性能受多种因素的影响，包括活性炭的孔隙结构、比表面积、表面功能团等。
一般来说，孔隙结构和比表面积越大的活性炭对染料的吸附能力越强。
活性炭上的功能团如羟基、酚基、羧基等也可以与染料分子发生化学吸附，增强其去除性能。
在具体的染料去除研究中，研究人员通常采用批试验或动态试验来评价生物质活性炭的吸附性能。
通过改变活性炭的孔隙结构、表面功能团等特性，可以提高其对染料的吸附效果。
生物质活性炭与其他吸附材料如氧化石墨烯、纳米材料等复合应用也成为研究的热点之一。
在水处理领域，生物质活性炭被广泛应用于净水处理、污水处理以及工业废水处理。
其对重金属离子、有机物和染料的高效吸附能力，使其成为理想的污水处理材料。
生物质活性炭与其他吸附材料的复合应用也被越来越多地研究和应用，提高了污水处理的效率和效果。
活性炭的制备及应用
活性炭的制备及应用活性炭是一种多孔吸附材料，在各种领域都有广泛的应用，如污水处理、空气净化、食品加工、医药生产等等。
本文将就活性炭的制备方法、特性、应用等方面进行探讨。
一、活性炭的制备方法活性炭的制备方法有很多种，但主要可以分为物理法、化学法、生物质炭化法和组合法四类。
1.物理法物理法根据原材料的性质进行分离和燃烧，如木质活性炭、亚煤制备活性炭等。
其中以木质活性炭的制备量最大，其制备步骤主要包括碳化、活化、除尘等多个环节。
2.化学法化学法是通过对原材料进行化学反应使原本不具备活性的物质转变为活性炭。
常用的是锌氯活化法、磷酸活化法等，这些方法具有制备速度快、孔隙度大的特点。
3.生物质炭化法这种方法主要以高纤维含量的废弃物作为原材料，如细木工业、农业废弃物等。
生物质炭化法能将原料转化为高质量的活性炭，同时还可以解决环境污染问题和资源浪费。
4.组合法组合法即是将多种原材料组合起来制备活性炭。
这种方法有利于综合利用不同材料的优势，提高活性炭的特性和降低成本。
二、活性炭的特性活性炭具有多孔性、表面积大、吸附容量高、吸附速率快、化学不稳定等特点。
1.多孔性活性炭的孔隙结构是由孔道、细孔和微孔组成的。
这一特点使活性炭的比表面积非常高，能够同时吸附多种物质。
2.表面积大活性炭具有很高的比表面积，这使得它的吸附能力非常强。
比如，每克活性炭的表面积可以高达1000平方米以上，相当于一个足球场那么大。
3.吸附容量高活性炭的吸附容量非常高，通常比其他吸附剂高出几倍，这是由于活性炭是由多孔材料制成，这样有助于它更好地吸附物质。
4.吸附速率快活性炭因为拥有较大的孔径和强大的亲和力，能够快速地吸附空气中的有害物质，使空气变得更清洁。
这一特点也使活性炭广泛应用于空气净化领域。
5.化学不稳定活性炭具有较高的化学不稳定性，其表面容易受到外界环境的影响而发生变化，因此在不同的环境下应选择不同规格和类型的活性炭。
三、活性炭的应用活性炭由于其特殊的物理和化学特性，被广泛应用于各个领域。
生物炭的制备与应用
生物炭的制备与应用一、简介生物炭是以生物质为原料制作的炭素材料，其制备方式简单，可以回收和利用废弃物和副产品，具有很高的环保意义。
二、制备方式生物炭的制备方式有很多，但基本上是通过热解来实现。
具体来说，生物质被加热至一定温度，这会导致其内部的材料分解并释放出大量挥发性有机物。
这些有机物可以被捕捉，并在高温下被分解成固体炭，并释放出气体（如水蒸气和二氧化碳）。
三、应用领域生物炭在农业、环境保护和工业等领域中具有广泛的应用。
1. 农业方面在农业领域，生物炭可用作土地改良剂，可以提高土壤的质量、减轻耕作难度、增加土壤保水能力，并有助于提高农作物的生长速度和产量。
例如，将生物炭与肥料混合，可大大提高肥料的效果，减少肥料的使用量，并有利于植物吸收和保持养分。
生物炭还可以用作饲料添加剂，可以促进家禽的生长，提高鸡蛋和肉的产量，并改善其品质。
2. 环境保护方面在环境保护领域，生物炭可用作吸附剂，可有效地去除水中的有毒物质、重金属和污染物。
生物炭的高孔隙度和大表面积使其非常适合用作吸附剂。
此外，生物炭还可以作为废水和废气处理系统的一部分，可以吸收和分解有害的有机化合物和挥发性有机物。
3. 工业方面在工业领域，生物炭可用于发电、制备活性炭、制备炭黑等。
生物炭被发现可以用于制备电极材料，可以提高电池的效率与寿命。
生物炭可以用于制备淋浴喷雾器，提高水质，提高淋浴效果。
四、总结生物炭具有发展前景广阔的优良性质。
生物炭的制备方式简单，可以利用垃圾和其他废物进行生产，有利于环境保护。
生物炭在农业，环境保护和工业等领域有着广泛的应用，可提高生产效率和质量，并提高环境保护的水平。
生物质炭材料的制备及用作电极材料的应用研究
生物质炭材料的制备及用作电极材料的应用研究摘要：生物质炭材料作为重要的电极材料在电化学方面有较为广泛的应用。
生物质材料是价廉易得的可再生资源，为炭材料的制备提供了丰富的碳源。
综述了生物质炭材料所具有的性质特点、制备方法以及生物质炭材料用作电极材料在电化学应用领域的研究进展。
当生物质炭用作锂离子电池负极材料时，所表现出比容量大、循环性能好和首次充放电效率高的特点；当生物质炭材料用作超级电容器时，电化学性能中比电容的数值稳定几乎不变，并且具有良好的循环稳定性、良好的电容性能和高比电容的电化学性能。
以生物质为碳源的材料可以在锂离子电池和超级电容器中有广泛的应用。
关键词：生物质；电极材料；炭材料；活化1 引言随着混合电动汽车，医疗设备，便携式电气设备等能源储存装置进一步发展的快速发展，迫切需要找到一种可持续和可再生能源。
近些年，人们逐渐把目光从化石能源转移到新能源上[1]。
对于新能源的开发和利用，关键之处在于找到合适的能量储存装置。
生物质炭材料用作电极材料是适合经济发展的清洁能源，炭材料是人们生活中的必需品，也是非常重要的工业原料[2]。
生活中的草、木材、玉米秆、其他农作物或农作物废弃物等植物原料在惰性气氛中加热处理炭化而制成的炭材料称为生物质炭，目前，选用生物质炭材料作为高性能电极材料，是电极活性材料最有希望的生物质前体之一。
2 生物质炭材料的制备方法2.1 高温炭化炭化就是指把含炭生物质在隔绝空气以及在惰性气体（一般用N2或者Ar）保护的条件下进行高温热解，在实验器材管式炉中进行实验。
根据相关的文章数据显示，一般炭化温度通常在1000℃ 以下进行。
根据含炭物质进行热解时发生的化学反应，生物质炭化过程一般可以分为以下3个阶段，即：① 低于400℃；② 400-700℃；③ 700-1000 ℃。
生物质材料经炭化之后称为炭化料，由于缺乏多层丰富的孔隙结构，比表面积比较小，因此它的吸附性能较差，所以还需进行物理或者化学活化处理，用来调节炭材料的微观孔结构及它的应用性能[6]。
生物质炭的制备及其在吸附中的应用
综述 (363 ~ 374)生物质炭的制备及其在吸附中的应用丁娜娜1，梁锦华1，乌 兰1，张海霞2（1. 西北民族大学 化学化工学院，甘肃 兰州 730030；2. 兰州大学 化学化工学院，甘肃 兰州 730000）摘要：农药、重金属、染料、药物、个人护理品等是水体中常见的污染物，其中一些化合物具有毒性高、难分解、残留期长的特点，易随食物链积累，可危害到人类健康. 水中污染物的处理工艺有生物降解、化学氧化、膜过滤法、吸附和光催化降解等，其中吸附法操作简单、效率高、毒副产物少，是去除污染物广泛使用的方法. 生物质炭具有高比表面积、高孔隙率以及多种官能团，对多种污染物具有良好吸附作用，在吸附污染物的研究中发挥着重要作用. 详细介绍了生物质炭的制备方法、性质及其在污染物吸附中的应用.关键词：生物质炭；制备方法；吸附中图分类号：O647.32; O657 文献标志码：A 文章编号：1006-3757（2022）04-0363-12DOI ：10.16495/j.1006-3757.2022.04.001Preparation of Biochars and Its Applications in AdsorptionDING Na-na 1， LIANG Jin-hua 1， WU Lan 1， ZHANG Hai-xia2（1. College of Chemistry and Chemical Engineering , Northwest Minzu University , Lanzhou 730030, China ；2. College of Chemistry and Chemical Engineering , Lanzhou University , Lanzhou 730000, China ）Abstract ：Pesticides, heavy metals, dyes, pharmaceuticals and personal care products are common pollutants in water.Some compounds among them are characterized by highly toxic, difficult to decomposite and long residue period, which can easily to accumulate in the food chain and endanger the human health. The treatment technologies of pollutants in water include biodegradation, chemical oxidation, membrane filtration, adsorption and photocatalytic degradation, among which adsorption is the most widely used method to remove pollutants due to its simple operation, high efficiency and less toxic by-products. Biochar has a high specific surface area, high porosity and a variety of functional groups, and has a good adsorption effect on a variety of pollutants, which plays an important role in the study of adsorption of pollutants.The preparation methods, properties and applications of biochar in pollutant adsorption were introduced in detail.Key words ：biochar ；preparation method ；adsorption人类生存离不开水，在生产生活依赖水资源的同时，也在不断地影响着水环境. 在过去的几十年里，由于全球人口的快速增长以及工农业蓬勃发展，大量废弃物和垃圾排放到水体，这些污染物的排放量远超过水体的自净能力，带来了严重的水体环境问题. 吸附是一种不产生毒副产品的技术，可以以较低的成本完成污染水的净化. 生物质炭材料制备简单，制备原料储备量大，可再生，具有高比表面积、高孔隙率以及多种官能团等特点，对多种污染物具有良好地吸附作用，在吸附污染物的研究中发挥着收稿日期：2022−11−03； 修订日期：2022−11−21.基金项目：国家自然科学基金项目（U21A202828） [National Natural Science Foundation of China (U21A202828)]作者简介：丁娜娜（1993−），女，在读研究生，主要从事吸附材料研究，E-mail ：通信作者：乌兰（1974−），女，教授，主要从事高分子化学研究，第 28 卷第 4 期分析测试技术与仪器Volume 28 Number 42022年12月ANALYSIS AND TESTING TECHNOLOGY AND INSTRUMENTS Dec. 2022重要作用.1 生物质炭定义、制备方法及表征1. 1 生物质炭定义生物质炭是在有限的供氧和合理的温度条件下，在反应器中热解产生的生物质富碳产品[1]. 国际生物质炭协会倡议将其定义为“从生物质碳化中获得的固体材料”. 生物质来源较广，根据其来源可以分为原生生物质、次生生物质和处理生物质（如表1所列）. 由于可以节约生产初级生物质的成本，废弃生物质比初级生物质更适合作为生物质炭原料. 在废弃生物质中，动物粪便、城市固体废物是更有利用价值的原料，因为它们最集中，降低了收集成本和废物处理成本. 原料类型影响生物炭吸附污染物的能力，木质生物炭由于原料木质素含量较高，含有较多的酚类基团，表面积也较大，吸附能力更强.表 1 生物质炭的来源分类Table 1 Source classification of biochar主要类型代表性生物质特性参考文献原生生物质秸秆/林木废弃物（包括果壳、稻壳等）高热值、结构有机质、养分不等[2]次生生物质动物粪便、市政污泥等低热值、养分富集、含水率高[3]处理生物质菌渣、药渣、蔗渣等热值、养分和水分均不等[4]1. 2 生物质炭制备方法制备生物质炭一般需要经历两步：碳化和活化.在一定温度和无氧条件（氮气、氩气等惰性气体氛围）下通过热分解对生物质进行碳化提高材料的碳含量，获得活性炭材料[5]. 在这个阶段，碳化温度、时间、升温速率都影响生物质炭材料的形貌、比表面积、孔隙率及产率等，其中温度影响最为显著. Ioannidou 等[6]研究认为，碳化过程中的温度高，导致初次分解和炭渣的二次分解同时进行，导致气体和液体的释放速率大，木炭产量下降. 但增加固定碳和灰分的数量，减少了挥发性物质的数量. 因此，高温提高了木炭的质量，但降低了产量. 采用低加热速率（10~ 15 ℃/min）可以获得高产量和低挥发性木炭，能提高聚合物组分的稳定性.活化过程可分为物理活化和化学活化. 活化工艺的目的是提高比表面积、扩大孔径、增加活性炭的孔隙率. 物理活化法是原料热解碳化后，在活化气体（如CO2、蒸汽、空气或其混合物）的存在下，于相对较高温度下进行可控气化过程. 物理活化法制备过程简单，对仪器损害较小，产生污染物较少. 化学活化法是指将碳化的材料（称为前驱体）与化学活化剂混合，然后对混合物进行热处理，再采用酸/碱和水清洗，除去浸渍剂及盐类，形成合理的活性炭的孔隙结构[7]. 化学活化剂可以对前驱体进行刻蚀，使前驱体产生丰富孔隙，所以活化剂又称为致孔剂，该方法制备的生物质炭具有较大比表面积和较多介孔结构.常用化学活化剂包括H3PO4、ZnCl2、K2CO3、NaOH、KOH、KCl、H2SO4等，常见活化温度范围为450~600 ℃（H3PO4）、400~900 ℃（ZnCl2）、700~1 000 ℃（K2CO3）、550~850 ℃（NaOH）和450 ~ 850 ℃（KOH）[8-12]. 不同的化学活化剂会产生不同的致孔效果. 在去除污染物质时，比起其它活化剂制备的活性炭，金属氢氧化物活化制备的活性炭具有更高的表面积，金属氢氧化物（KOH、NaOH）活化的吸附剂吸附量更高. 与ZnCl2相比，H3PO4对环境污染更少，使用比KOH更低的活化温度，在使用中具有较大优势. 相比于物理活化，化学活化法具有活性炭收率高、活化温度低、活化时间短、多孔结构发展良好等特点[13]. 但化学活化法去除残留杂质需要消耗大量的水/酸，工艺和设备要求复杂，活化剂具有腐蚀性，会衰减仪器设备的使用寿命.1. 3 生物质炭的结构表征表2列出了生物质炭常见表征方法. 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）可以用于表征生物质炭的形貌和孔径，X射线衍射（XRD）测定生物质炭的晶型，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（RM）测定生物质炭中官能团的种类，X射线光电子能谱（XPS）表征生物质炭中的元素种类，热重分析（TG）表征生物质炭稳定性，氮气吸附（NA）仪用于测定生物质炭的比表面积和孔体积，Zeta电位（ZP）测定生物质炭表面电性. 表3列出了常见生物炭的表面积等信息，表4列举了生物炭表面常见364分析测试技术与仪器第 28 卷的官能团.1. 3. 1 比表面积和孔隙度比表面积（S BET）和孔隙率是影响生物质炭吸附性能的主要物理特性. 比表面积决定了吸附目标化合物的空间大小，而微孔、中孔和大孔的大小和分布则决定了活性炭的吸附性能. 随着热解温度的升高，衍生生物炭的比表面积和孔体积一般增加. Ren 等[43]发现，随着热解温度从400 ℃升高到800 ℃，比表面积从207.53 m2/g增加到271.77 m2/g，孔体积从0.58 cm3/g增加到0.71 cm3/g，而当热解温度进一步升高至1 000 ℃时，比表面积下降至132.62 m2/g，孔体积下降至0.66 cm3/g，这可能是孔坍塌的缘故. Jin等[44]指出600 ℃下生产的污泥生物质炭的表面积比550 ℃的表面积小. 550 ℃制备的生物质炭表面孔隙率更高，当温度升高到600 ℃时，污泥生物质炭表面微孔增多，但表面粗糙度下降. 除热解温度外，生物质炭原料的组成对其性质产生重要影响，例如，Li等[45]制备不同生物质来源的生物质炭，在300 ℃时，不完全碳化使大部分无定型碳留在B300上，原料中脂肪族和挥发性成分可能会阻塞孔隙结构，从而降低S BET和孔隙率. 600 ℃可以将无定形碳转化为更致密的芳香族碳，并去除脂肪族及挥发性成分，形成更多的孔隙. 同样在600 ℃下，鸡粪生物质炭的表面积比植物生物质炭（松木屑和玉米秸秆）小得多，植物生物质炭比固体废弃物（污泥和粪便）生物质炭有更大表面积和孔隙率.1. 3. 2 生物质炭的官能团由表4可知，生物质炭含有丰富的官能团，例如，C=C、-OH、-COOH等，这些官能团在吸附中起着重要作用. 热解温度和生物质炭原料是控制生物质炭表面官能团数量和种类的两个关键因素. 生物质炭中含氧官能团的丰度随温度的升高而降低，主要是由于碳化程度的提高，随着温度的升高，H/C、O/C和N/C的原子比降低，表明羟基、羧基和氨基的丰度降低[46]. 不同温度下生成的生物质炭官能团的FTIR光谱不同. 当热解温度从100 ℃升高到700 ℃时，木材和草类生物质炭的FTIR光谱发生了变化，木质纤维素材料的大部分含氧官能团损失[47]. Yuan等[48]发现对于来自油菜、玉米、大豆和花生秸秆的生物质炭，随着温度从300 ℃升高到700 ℃，-COOH和-OH基团对应的峰强度下降. Fan 等[49]提出了通过HNO3-H2SO4和NaOH-H2O2体系的化学氧化模拟了老化的麦草生物炭，通过增加含氧官能团改善了生物炭表面，提高了镉的吸附能力，表 2 用于表征生物炭的仪器技术Table 2 Instrumental techniques for characterizing biochar技术材料评述参考文献TEM废木材生物质炭具有不同表面形貌但具有相似Fe成分的Fe-C复合材料[14] SEM CoOx/丝瓜海绵生物炭丝瓜海绵经煅烧后具有不规则短纤维，纤维表面覆盖着起伏的褶皱，形成天然的微纳米结构，钴修饰后无明显变化，钴颗粒分布在催化剂表面[15]XRD螺旋藻基生物炭（SC）和Mn、N掺杂多孔碳(SA-Mn-NSC)SC和SA-Mn-NSC在24.5 °处出现相似的峰，即石墨的002面[16]IR棉纺织废弃物生物炭生物炭吸附前后的IR光谱，证实了由于羧酸基团的存在，阴离子型活性染料能较好附着在生物炭上[17]RM棉纺织废弃物生物炭利用D峰和G峰强度的比值来评价生物炭吸附染料前后缺陷（D峰）和石墨化排列（G峰）的程度. 吸附前的D/G谱带强度（I p/I c）为0.75，证实了结构紊乱，有利于吸附过程. 然而，染料分子被吸附后，强度比（I p/I c）进一步提高到0.84，表明染料和生物炭之间存在一定的相互作用[17]XPS污泥生物质炭验证了氮在生物炭中的掺杂情况，N含量显著增加，有利于催化能力的提高[18]TG非金属单杂原子（N, O, B）掺杂椰子壳生物炭显示了材料热稳定性[19] NA玉米苞片生物质炭生物质炭均具有相似的比表面积（较高）和孔隙分布结构[20] ZP Ni改性玉米秆生物质炭与无修饰材料相比，修饰Ni的材料表面电荷更负，含丰富羟基[21]第 4 期丁娜娜，等：生物质炭的制备及其在吸附中的应用365表 3 生物炭固体的比表面积和孔体积Table 3 Specific surface area and pore volume of biochar solids生物质炭材料比表面积/（m2/g）微孔体积/(cm3/g)总孔体积/（cm3/g）参考文献混合污泥衍生生物炭110.71[22]700 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，700 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，700 ℃下，K2CO3活化可可壳生物质炭400 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，400 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，400 ℃下，K2CO3活化可可壳生物质炭26.1459.41328.454.006.788.450.0230.1380.0020.0030.0700.0911.8560.0120.0300.016[23]松木屑生物质炭SDC改性松木屑生物质炭SDC-K1（SDC/KOH＝1/1活化）改性松木屑生物质炭SDC-K3（SDC/KOH＝1/3活化）活性炭ACMnOx浸渍松木屑生物质炭MnO x/SDCMnOx浸渍改性松木屑生物质炭MnO x/SDC-K1MnOx浸渍改性松木屑生物质炭MnO x/SDC-K3MnOx 浸渍活性炭MnO x/AC1.60764.771 551.21 319.099.13676.101 248.041 130.590.2170.6070.5420.0030.1880.4520.5150.0030.2840.6140.5800.0160.2310.4780.562[24]稻壳生物质炭RH猪粪生物质炭PM污泥生物质炭SS玉米秸秆生物质炭CS 34.814.662.831.1[25]玉米芯颗粒生物炭37.8[26]树脂松果生物质炭27.99[27]油茶壳生物质炭BC OFG硫脲和FeCl3改性油茶壳生物质炭BC OFG@nano-FeS 70.38041.0670.317×10−30.364×10−3[28]海藻酸盐改性稻壳废弃物生物炭1200.653[29] 300 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-300500 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-500700 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-700900 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-90012.1324.9058.50119.35[30]H2O活化柑橘废料生物质炭CO2活化柑橘废料生物质炭263.4~399.4166.1~212.4[31]550 ℃下热解制备的油菜籽残渣生物质炭RS-550 550 ℃下热解制备的白木生物质炭WW-550212274[32]500 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC500 600 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC600 700 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC700 800 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC80015.92139.28332.62412.95[33]500 ℃下热解制备的麦秸生物质炭W500 700 ℃下热解制备的麦秸生物质炭W700 500 ℃下热解制备的草生物质炭G500 700 ℃下热解制备的草生物质炭G70011.6347.825.5831.86[34]750 ℃下热解制备的微藻生物质炭MBC750W 750 ℃下热解制备的含Fe微藻生物质炭FBC750W 35.66201.15[35]366分析测试技术与仪器第 28 卷最大吸附能力提高了21.2％. 氧化引起的粗糙表面是增加镉吸附的另一个原因. 生物炭对污染物的吸附性能会随着表面官能团的含量变化而发生变化.1. 3. 3 生物质炭的零电荷点（pHpzc）生物质炭的pH pzc变化和电位变化可以通过调节热解温度来实现. Yuan等[48]提出生物质炭的负电荷随着热解温度的升高而降低，因此低温热解产生的生物质炭表面负电荷比高温热解产生的生物质炭多. Chen等[50]在500~900 ℃温度下对城市污泥进行热解. 随着热解温度的升高，生物固体生物质炭的pH pzc从8.58增加到10.17. 通过研究生物质炭、分析物在不同pH条件的电位以及生物质炭与分析物的pH pzc，分析哪种条件下制备的生物质炭在较宽pH范围内与分析物之间存在较大静电吸引力，选择较合适的生物质炭进行吸附，以此来指导吸附试验，进行吸附条件的优化.1. 3. 4 生物质炭的矿物成分研究生物质炭矿物成分对提高一些污染物吸附能力具有一定作用. 生物质炭中的矿物成分包括钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）等，可以与重金属交换.表 4 生物炭的FTIR分析Table 4 FTIR analysis of biochars生物质原料最终产品频率/(cm−1)官能团的分配参考文献竹子竹子生物炭 3 4371 5871 5141 4161 184~1026806~465-OH (醇类和酚类)C=O(共轭酮和醌)C=C拉伸环振动聚合物中的CH2C-O拉伸振动C-H[36]凤眼莲氨基功能化生物炭/海藻酸盐分离珠3 4062 9361 6101 418933、810OH的拉伸和N-H的重叠拉伸烷基C-H拉伸COO−的反对称振动COO−的对称振动Cr(III)-NH2配位键[37]纺织印染污泥、城市污水污泥、糠醛渣和木屑固体废弃物生物质炭 3 4302 9001 000-OHCH3C-C、S=O、C-O、Si-O[38]花生壳花生壳生物质炭 3 4001 5881 434-OHC=CC-O[39]废纸磁性CoFe2O4/多孔碳 3 4301 6281 371、1 438、1 578、1 623717、759557-OHC=C伸缩振动-COO-对称和不对称伸缩振动峰芳香族化合物的C-H弯曲振动峰Fe-O[40]浒苔粉浒苔生物炭 1 000~9007901 700~1 500、690Si-O-Si的反对称伸缩振动Si-O-Si的对称伸缩振动C-N、C=N[41]污泥污泥生物质炭 3 4202 923、2851 6501 5801 459、1 040548、470-OHC-H弯曲振动C=O拉伸C=C振动C-H和C-O拉伸振动Fe-O拉伸键[42]第 4 期丁娜娜，等：生物质炭的制备及其在吸附中的应用367Chen等[50]制备的污泥生物质炭对Cd2+的吸附明显高于活性炭，其主要吸附机制是表面沉淀和离子交换. 释放的Ca2+浓度随着初始Cd2+浓度的增加而增加，表明Cd2+的一种吸附机制可能是阳离子交换，Ca2+从矿物基质中释放以及位点被Cd2+取代. Li等[51]在不同矿物质含量的生物炭上吸附磺胺甲恶唑，研究结果表明，生物炭中的含钙矿物质可能通过静电相互作用提供额外的吸附位点. Zhao等[52]通过XRD、XPS和SEM技术鉴定并定量了生物炭中的无机矿物，大约75%的生物炭矿物属于与碳骨架相连的（Si和Al），这些矿物质对双酚A和磺胺甲恶唑吸附产生影响，去除矿物质会降低双酚A吸附，但会增加磺胺甲恶唑的吸附. 热解温度和原料决定生物质炭中矿物成分的含量，随温度的升高，K、Ca、Mg和P在生物质炭样品中富集.2 生物质炭在吸附领域的应用常见再生水的方法如表5所列. 由表5可见，可以通过多种途径实现再生水，在去除土壤和水中的有机和无机污染物时，吸附具有操作简单、低成本、无毒的特点. 粉末活性炭、多壁（单壁）碳纳米管、颗粒活性炭、（氧化）石墨烯、沸石、活性氧化铝均被用来吸附污染物. 此外，树脂、粘土、壳聚糖珠、（介孔）二氧化硅、环糊精和（树枝状）聚合物可从复杂样品中吸附农药残余物.表 5 常见再生水方法Table 5 Common methods of water regeneration方法优点缺点参考文献电化学降解节能，操作时间地点可控有毒降解中间体[53]光催化降解节能有毒降解中间体[53]生物修复降解温和时间长，培养条件苛刻，有毒降解中间体及生物污染物[53-54]絮凝操作简单絮凝剂成本高，产生大量污泥堆积物[55]膜过滤操作简单膜易污染，寿命短，小流量过滤，昂贵[55]吸附操作简单，不产生有毒副产品，成本低[56]生物质炭能够吸附和截留重金属（Pb2+、Cr3+、Cd2+、Ni2+、Cu2+等）和有机化合物（农药、多环芳烃、染料、抗生素），减小污染物的流动性，从而降低污染物在环境中转移的风险，常被用于环境修复. Zhang等[57]研究了不同加热条件下制备的污泥生物质炭对Pb(II)和Cr(VI)的吸附，结果表明，在400 ℃热解2 h的生物炭获得了最大的表面积，具有丰富的有机官能团，具有高的Pb(II) （pH 5.0）和Cr(VI) （pH 2.0）吸附能力. Zhang等[58]以猪粪为原料制备生物质炭，研究了西维因和阿特拉津在原生物质炭和脱焦生物质炭上的吸附和催化水解，发现除疏水作用外，孔隙填充和特异性相互作用对农药的吸附也有很大作用. 生物炭是一种有机灰分和无机灰分的复合物，灰分可以通过特定的相互作用与农药结合，但由于有机基团的吸附位点被灰分掩盖，其对农药的特异性相互作用被抵消. Wu等[59]使用高有机碳含量湖泊沉积物制备的生物质炭吸附水中的菲、磺胺甲恶唑、双酚A、氧氟沙星和诺氟沙星，发现双酚A、氧氟沙星和诺氟沙星的吸附似乎不受材料表面积的控制，疏水效应决定了菲和磺胺甲恶唑的吸附，而氢键可能对含有羟基（对双酚A）或羧基（对氧氟沙星和诺氟沙星）的化合物的吸附起重要作用. Vithanage等[60]用黄瓜合成生物质炭，并在不同pH条件下将其用于去除土壤中的磺胺甲基嘧啶（SMZ），研究结果表明，在pH值为3时，SMZ 的高保留率可能是由于π-π电子供体-受体相互作用和静电离子交换所致，而在pH值为5和7时，阳离子交换是主要作用机制.吸附条件影响吸附效果，下面具体讨论影响吸附的因素，为吸附条件优化提供参考.2. 1 吸附条件优化2. 1. 1 水体的pH水体的pH极大地影响了生物质炭吸附剂表面电荷和化学物质的形态. Zeta电位可以反映生物质炭表面电荷情况，官能团的质子化和去质子化可以在固体颗粒表面产生净电荷，在固体颗粒附近的溶368分析测试技术与仪器第 28 卷液相中形成电双层，影响物质的传输与吸附. Xu等[61]测定花生和油菜秸秆焦炭的Zeta电位随溶液pH 的变化. pH值在3.0~8.0范围内均为负值，说明生物质炭颗粒表面带负电荷. 随着pH的增加，生物质炭的zeta电位呈负向变化，说明负电荷量随pH的增加而增加. 生物质炭的pH pzc是指其表面净电荷为零的溶液pH值，当溶液pH值高于pH pzc时，生物质炭带负电荷，结合金属阳离子，如Cd2+，Pb2+和Hg2+. 当溶液pH值低于pHpzc时，生物质炭带正电荷，结合阴离子，如HAsO42−和HCrO4−，因此吸附质极性相反的表面电荷决定生物质炭在特定需求中的适用性. Huang等[62]制备了三种生物质炭，其pHpzc分别为2.15、2.34、2.23. 当pH值低于pH pzc时，生物质炭带正电荷，由于静电排斥，不利于Cd2+的吸附，解释了pH为2.0时吸附量低的原因. 随着pH值升高，材料上能与金属阳离子结合的负电荷基团增加，导致吸附容量显著增加，达到最大吸附量.在pH值为1~5的水溶液中，铅主要以Pb2+的形式存在，当pH值高于6.3时，会形成氧化铅 [Pb(OH)2]，所以可以将吸附pH范围设置为2.0 ~ 6.0. Lee等[63]通过调节生物质炭的pH pzc改善了生物质炭的吸附性能.2. 1. 2 吸附剂用量Zhang等[64]指出随着生物质炭/氧化铁复合材料用量从0 g/L增加到5 g/L，材料的去除率增加了50%，这是由于活性位点的增加，使亚甲基蓝（MB）更容易迁移到吸附位点. 随着材料用量的增加，单位质量材料的MB吸附量下降，这种下降趋势是由于在吸附过程中吸附位点过饱和. 当投加量为2 g/L 以上时，去除率的提高不显著，这可能是由于材料的团聚，减少了可用表面积，并阻塞了一些吸附位点. 另一方面，MB的吸附性能随着投加量的增加而下降，这可能与单位吸附剂中MB分子数量的相对减少有关，也可能与吸附剂聚集引起的活性吸附位点的减少有关. 很多文献[65]都表明上述试验现象的存在，去除率和单位吸附量均处于相对较高值时的吸附剂用量为最佳用量，保证去除率相对较高的同时，保证吸附剂最大利用率.2. 1. 3 污染物的浓度较高的污染物初始浓度提供了更大的驱动力，克服传质阻力，增加污染物与吸附剂之间的碰撞概率. Alsewaileh等[66]以红枣生物质炭为吸附剂，对水溶液中有溴化钾进行吸附，随着初始浓度的增加，溴化钾吸附量增加. Novais等[67]制备了一种混合生物质炭，对水溶液中含磷污染物进行吸附，当污染物初始浓度较低时，吸附位点不能被完全占据，固液两相的浓度差随着溶液初始浓度的增加而增大，提高了材料与污染物碰撞的概率. 当污染物浓度进一步增加时，由于吸附剂上的吸附位点被占据，吸附达到动态平衡，吸附量不再受浓度影响. Yavuz 等[68]研究了金属离子（Cu2+和Cr3+，初始浓度为1.0×10−4、2.0×10−4、4.0×10−4、6.0×10−4、8.0×10−4mol/L）对吸附效果的影响，在较高的初始金属浓度下，吸附效果表现不佳，因为吸附的金属离子相互排斥，阻碍了进一步吸附.2. 1. 4 吸附时间吸附时间优化是工艺参数优化中必不可少的一部分，通过时间优化可以节约时间成本，达到效益最大化. Lee等[63]制备了棕榈油污泥生物质炭吸附Pb2+，随着吸附时间的增加，单位吸附量也随之增加，但吸附速率均逐渐减慢. 90 min后，生物质炭活性位点开始饱和，延长吸附时间没有显著的影响. Yan等[65]研究了吸附时间对吸附的影响，随着吸附时间的延长，吸附量增加，并在一定时间后达到平衡. 这是因为在吸附初始阶段，材料上存在较多的吸附位点，吸附量上升，但随着吸附量越来越多，暴露的吸附位点越来越少，最终吸附量不再变化.2. 1. 5 离子强度废水中往往含有多种离子，研究离子强度对吸附性能的影响是有必要的. Yan等[69]提出由于PO43−和CO32−的共存，H2AsO3−的吸附明显受到抑制.这一结果可以归因于PO43−和CO32−也属于氧阴离子，它们在吸附过程中会“抢夺”生物质炭的吸附位点. Ahmed等[70]提出随着NaNO3溶液加入量增加，磁性生物质炭对U(VI)的吸附量更高，这可能是由于Na+的电荷密度低，离子尺寸大，导致Na+离子与周围的水分子而不是生物质炭发生强烈的相互作用. 在Reguyal等[71]的研究中，离子强度的增加导致磁性生物质炭对磺胺甲恶唑的吸附量更高，也是由于“盐析”效应，高浓度的离子通过改变水的结构和/或通过与溶质的直接离子偶极子相互作用影响溶质的吸附行为.2. 1. 6 吸附温度温度影响吸附速率与吸附平衡常数. 首先，温第 4 期丁娜娜，等：生物质炭的制备及其在吸附中的应用369度的升高降低溶液的粘度，提高吸附质分子在吸附剂外边界层的扩散速率，从而有利于吸附的发生.其次，温度的变化会影响生物吸附剂的平衡吸附能力. 对于放热反应，升高温度会降低吸附量. 对于吸热反应，升高温度会升高吸附量. Egbosiuba等[72]制备了两种生物质炭，研究了温度对生物质炭吸附MB的影响，在25~50 ℃范围内对不同初始质量浓度（50、100、150、200 mg/L）的MB进行了吸附研究. 发现在MB质量浓度为50、100 mg/L时，温度影响较低，但在质量浓度为150、200 mg/L时，温度影响有所增加. 两种材料对MB的吸附性质为吸热，随着温度的升高，MB吸附量的增加可能与以下几点有关：（1）温度升高使MB迁移率增加，溶液粘度降低，从而使其能够渗透到吸附剂的孔隙中. （2）MB 与材料表面官能团的化学相互作用增强. （3）与MB 溶解度相关的化学势变化.生物质炭可用于污染物直接吸附，也在污染物检测方面发挥了重要作用. 为了准确灵敏的完成测试任务，很多样品在分析前要进行富集和与分离.目前样品前处理技术包括固相萃取、固相微萃取（SPME）、液相微萃取等. 其中固相萃取和微萃取均需要一定的吸附剂或涂层，而生物质炭可以单独充当吸附剂或涂层，也可以与其它材料（金属有机框架、共价有机框架、分子印迹、量子点等）复合使用. QuEChERS方法（即快速、简单、廉价、有效、坚固和安全）将液相萃取与固相萃取相结合，成为样品前处理领域最绿色和可持续的方法[73]. Cao等[74]建立了超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）用于测定6种杀菌剂残留量，在改进的QuEChERS样品处理方法中，目标化合物采用乙腈提取，生物炭、多壁碳纳米管（MWCNT）和石墨化炭黑（GCB）完成杂质吸附. Adenuga等[75]以椰壳生物质炭为固相微萃取吸附剂，采用改进的QuEChERS法作为样品制备技术，测定了哺乳期妇女母乳和尿液样品中邻苯二甲酸酯的含量. Li等[76]采用磁分散固相萃取和高效液相色谱/紫外相结合的方法，建立了一种快速、灵敏的红糖样品中三嗪类化合物的富集和提取方法. 该研究以低成本甘蔗渣为原料制备了一种磁性多孔生物炭（MPB），并成功从实际样品中提取富集痕量三嗪类化合物. Xie等[77]将低成本的废生物质牛骨炭化，得到氮氧共掺杂分级多孔生物炭（NHPBC）. NHPBC具有比表面积高、杂原子充足等突出优势. 该文系统研究了NHPBC对各种有机污染物的富集性能，证明制备的NHPBC适用于对邻二甲苯及其羟基代谢物的高效富集. NHPBC包覆纤维的富集因子在2 384~6 949之间，是商用SPME纤维富集因子的11.1~92.5倍.2. 2 生物质炭回收生物质炭多数是粉末状，在吸附污染物之后需要通过离心、过滤、沉淀等方法进行固液分离来回收. 通过制备磁性生物质炭可以解决固液分离的困难[78-80]. 解决固液分离问题的另一个途径，便是赋予生物质炭能够便于分离的形态，以便将生物质炭轻松从处理过的水相中取出. 例如，Ma等[80]在木材内外表面原位生长ZIF-67，得到复合材料，并通过碳化合成了亲水磁性生物质炭，制备的生物质炭不仅具有磁性，又是块状结构，解决了粉末生物质炭难以回收的问题.3 结论生物质炭的制备原料一般来源于废弃物，废弃物再利用对实现减排具有重要意义. 生物质炭表面性质与原料具有明确相关性，造就了该类材料的多样性，大的比表面积使其成为极具竞争力的吸附剂.该类材料不仅在吸附分离领域占据重要位置，也在催化和电化学等其它领域占有一席之地.参考文献：Gautam R K, Goswami M, Mishra R K, Chaturvedi P,Awashthi M K, Singh R S, Giri B S, Pandey A.Biochar for remediation of agrochemicals and synthet-ic organic dyes from environmental samples: A re-view[J]. Chemosphere，2021，272 ：129917.［ 1 ］Ma H F, Yang J J, Gao X, Liu Z B, Liu X X, Xu Z G.Removal of chromium (VI) from water by porous car-bon derived from corn straw: Influencing factors, re-generation and mechanism[J]. Journal of HazardousMaterials，2019，369 ：550-560.［ 2 ］Shen X L, Zeng J F, Zhang D L, Wang F, Li Y J, Yi WM. Effect of pyrolysis temperature on characteristics,chemical speciation and environmental risk of Cr, Mn,Cu, and Zn in biochars derived from pig manure[J].Science of the Total Environment，2020，704 ：135283.［ 3 ］Ogbonnaya U, Semple K. Impact of biochar on organ-ic contaminants in soil: a tool for mitigating risk?[J].Agronomy，2013，3 （2）：349-375.［ 4 ］Sun K, Jiang J C. Preparation and characterization of ［ 5 ］370分析测试技术与仪器第 28 卷。
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活性炭分类
粒状炭分类
c) 球形活性炭
• 球形活性炭的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态 含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭 加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分 • 球形活性炭：以球形颗粒的直径表示，用乘上10的数字标出。例如球 形直径为20，表示球体直径为2mm。形状最好，需造粒。 • 球形活性碳具有压降小，磨耗率低且容易操作的优点，正常情况下磨 耗量约0.3g/m2· hr，大都利用于流化床系统。
活性炭简介
生物基活性炭是由生物残体在缺氧的情况下，经高温慢热解 ( 通 常＜700℃)产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素 的固态物质
活性炭简介
分子式：C；分子量：12.011；熔点：3652℃；沸点：4827℃， 3652℃升华。有多孔结构和对气体、蒸气或胶态固体有强大吸附本 领的炭。每克的总表面面积可达 500 ～ 1000 平方米；密度为 1.9 ～ 2.1；表观密度约0.08～0.45。含碳量10%～98%
活性炭分类
按应用场合分类
电子专用炭 主要用于电子行业的高纯水净化。具有吸附速度快、吸附能力强，化学 纯度高等特点。 项目指标:粒度12-20目；碘值≥980mg/g；干燥减量≤10%；灰分≤3%； PH值6-8；充填比重0.4-0.45
活性炭分类
按应用场合分类
电镀专用炭 主要用于镀镍、氢化镀铜、镀银、及铜锡合金、HEDP镀铜、镀烙等金属 精加工。吸附效果好，因而使镀层无脆性并防止镀层发花现象产生。 项目指标:粒度50-80目；碘值≥950mg/g；亚甲兰脱色力ml≥9；充填比 重0.37-0.45；干燥减量≤10%；可溶性灰分在HEDP镀液中显阴性
12.2 活性炭制备
物理法制备活性炭
③ 活化机理：活化剂在高温下与碳发生氧化还原反应，生成气体（如 CO、H2）。由于碳化物表面受到侵蚀，使碳化物的孔结构更加发达
④ 影响因素：碳化温度（400~600℃左右）、碳化时间（1h左右）、活 化温度（800~1000℃）、活化时间（ 1h左右）、活化剂流量
活性炭简介
活性炭的孔隙结构
由于活性炭基本微晶的排列是无规则的、紊乱的，各微晶 间才有许多形状不同、大小不等的空隙，因此便形成了活性 炭的各种空隙。这些空隙中最大的可用光学显微镜看见，有 的却小得与分子一样大小。 活性炭的主要性能是吸附性
吸附性的关键是活性炭发达多样的孔隙
活性炭简介
活性炭的孔隙结构
活性炭分类
按外观形状分类
③ 其它形状的活性炭
除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其他形状的，如活性炭 纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等。分为三类
大孔：1000-1000000A 过渡孔：20-1000A 微孔：20A
大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，大孔体积较大的活性炭。
活性炭分类
按原料来源分类
木质活性炭：木屑活性炭 果壳（果核）活性炭：椰子壳活性炭、橄榄壳活 性炭等
动物质活性炭：兽骨活性炭、血炭
矿物质原料活性炭：煤质活性炭、石油类活性炭 其它原料的活性炭：含碳的有机废料和农业副产 品，例如稻壳、稻草制成的活性炭。 再生活性炭 (Reactivated Carbon) ：与原活性炭 (Virgin Active Carbon)相区分。
1935-1940年，在捷克斯洛伐克使用木屑通过氯化锌活化技术生 产活性炭，用于回收挥发性溶剂和清除苯煤气
活性炭技术发展现状
世界活性炭的年产量约 70万吨，其中一半以上是由美国、日本 及西欧经济共同体等工业国生产 欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、 连续化、无公害化制造体系 欧美等发达国家对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面 化学基团的关系研究，做到了品种的专用化和多样化
活性炭分类
粉状炭与粒状炭的比较
活性炭分类
粒状炭分类
a) 不定型颗粒活性炭
• 不定型颗粒活性炭一般由颗粒状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至 需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成 • 不定型颗粒活性炭以上下限尺寸表示粒度范围，用乘上 100的数字标 出，例如上限×下限，35×59，表示粒度的范围为0.35~0.59mm。
细孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，微孔体积较大的活性炭。
活性炭分类
按机能分类
高比表面积活性炭 添载活性炭 分子筛活性炭 生物活性炭等
活性炭分类
按应用场合分类 糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等 目前中外已有质量标准的部分应用有： • 1、净水用；2、糖液脱色用；3、味精精制用；4、防毒面具用；5、气 相色谱用；6、分析用；7、测试土壤用；8、测试AOX用；9、改正酒 味酒香用；10、去放射性碘用；11、药典级；12、食品添加剂级；13 、化学试剂级 • 一般以用途为主分类，定出各项指标规格 • 指标按国家标准规定方法进行测定
第十二章 生物质基活性炭的 制备与应用
内容
12.1 活性炭概述
12.2 活性炭制备 12.3 活性炭性质
12.4 活性炭应用与发展
12.1 活性炭概述
活性炭技术历史 活性炭技术发展现状 活性炭简介 活性炭分类
活性炭技术历史
1901 年， Raphael von Ostrejko 发明以金属氯化物炭化植物源 原料或用二氧化碳或水蒸气与炭化材料反应制造活性炭，先后取得 英国和德国专利
按制造方法分类
② 化学法活性炭(化学炭) ：将含碳原料与某些化学药 品混合后进行热处理制取的活性炭
一般说来，化学炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙） 较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合。 化学法制造活性炭由于加入了化学药品，在制造过程中应当极其重视环境保护 以及产品中可能存在微量非原料带入元素的影响问题。
活性炭技术发展现状
我国活性炭工业的发展趋势
活性炭厂从城市向乡村和原料产区转移，以解决污染和原料问题 对外技术合作和贸易有突破性发展 科技教育蓬勃发展，多行业、多部门都涉足活性炭领域
活性炭简介
活性炭是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、 表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料
12.2 活性炭制备
物理法 化学法
其他制备法
12.2 活性炭制备
物理法制备活性炭
② 步骤: 首先对原料进行炭化，即含碳有机物在热的作用下发生分解， 非碳元素以挥发分的形式逸出，生成富碳的固体热解产物，然后用水蒸 气、二氧化碳或空气等氧化性气体活化，使热解产物形成发达的微孔结 构。炭化温度一般为600℃，活化温度一般在800-900℃之间。
活性炭分类
粒状炭分类
b) 圆柱形活性炭 (柱状炭)
• 圆柱形活性炭一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化 、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状炭 又有实心和中空之分，中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个 有规则的小孔 • 圆柱形活性炭以圆柱形颗粒横截面的直径表示，用乘上 10 的数字标 出。例如圆柱体直径30，表示圆柱体横截面的直径为3mm • 柱状活性炭、破碎活性炭和粉状活性炭，主要规格有 Ф3.0、 Ф4.5、 Ф5.5 、Ф7.0 , 4x8目、8x30目、12x40目、200目、325目等
1911年，奥地利的一家工厂生产出活性炭，商标名称为Eponit
1914 年至 1918 年，第一次世界大战有毒气体进入战场，颗粒活 性炭作为军事防毒面具中的吸附剂得到规模化大量生产
活性炭技术历史
1918 后 18 年，战事发展导致大规模严密控制活性炭商业化生产 及应用。在欧洲制造活性炭的新原料取得了很大进展。使用椰子和 杏仁壳作为原材料，同时添加氯化锌，生产出的活性炭具有较高的 机械性及吸附能力
活性炭分类
按制造方法分类
③ 化学--物理法或物理--化学法活性炭：化学法与物理法结合制 取的活性炭
选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合可以对活性炭的孔隙结构 进行调控，从而制取许多性能不同的活性炭。 这种化学--物理法或物理--化学法是许多年来及今后相当长时期内世界各国活性 炭工作者非常关注的活性炭制取方法。
活性炭分类
按制造方法分类
① 物理法活性炭（物理炭）：以炭为原料用水蒸气、二氧 化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为 活化介质，在高温下（600 ～1000℃）进行活化制取的 活性炭
一般说来物理炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主 要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合
活性炭分类
活性炭分类
按应用场合分类
具有发达的孔隙结构，对净化饮用水有极 好的效果，能除去水中异臭、异味、氯、 酚、汞、铅、砷、等有害物质，并提高色 度，是装填家庭、社会团体、宾馆及高级 净化水生产设备的理想材料。 项 目 指 标 : 粒 度 10-24 目 ； 碘 值 ≥1000mg/g；亚甲兰脱色力ml≥11；强度 ≥95%；干燥减量≤10%；灼烧残渣≤3%； 充填比重0.45-0.5；PH值6-8
活性炭的孔隙结构包括两个方面的内容：孔隙的形状和 大小。
活性炭中孔隙大小和形状的多样性和复杂性是导致活性 炭吸附性能非常复杂的主要原因。
活性炭简介
活性炭的空洞分布
活性炭简介
微孔筛分作用的模型图
活性炭分类
按原料来源分类
按制造方法分类 按外观形状分类
按孔容分类
按机能分类 按应用场合分类
活性炭分类
按应用场合分类
粉状活性炭 主要用于味精、柠檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清凉饮料葡萄和搞菌素 等的脱色提纯。 项目指标 : 粒度 100 目；亚甲兰脱色力ml≥11 ；碘吸附值≥950mg/g ；总 铁量≤0.10% ；干燥减量≤10% ；氯化物≤0.20% ；灼烧残渣≤3% ； PH 值 6-8