炭前驱体对活性炭孔结构和电化学性能的影响
煤抽提物基炭材料的制备及其电化学性能
将 该煤 抽 提 物 置 于 镍 制 反 应 釜 中 ， 在 流 量 为
２ ０ ０ ｍＬ ／ ｍｉ ｎ的 Ｎ２ 保护 下 ， 以 ５℃／ ｍｉ ｎ的 升温 速 率 升温 至 １ ８ ０℃保 温 ３ ０ ｍｉ ｎ， 继续升温至 ４ ０ ０℃保 温 ３ ０ ｍｉ ｎ ， 最后 升温至炭 化温度 （ ６ ０ ０℃， ７ ０ ０℃ ， ８ ０ ０℃ ， ９ ０ ０℃ ） 保温 ６ ０ ｍｉ ｎ ． 活 化料 在 ５ ｍｏ ｌ ／ Ｌ盐 酸 溶 液 中浸 泡 ２ ４ ｈ ， 然后 用 去离子 水洗 涤 过滤 至 中性 ， 最后 在 １ ２ ０℃ 下 烘 干 即得 煤 抽 提物 基 炭 材 料 ， 分 别
中图 分 类 号 Ｔ Ｑ５ ３ ６ ， ０ ６ ４ ６
０ 引 言
电化 学 电容器 是 一 种 新 型储 能元 件 ， 它 弥 补 了
１ 实 验 部 分
１ ． １ 煤抽提 物 基炭材 料 的制 备
电池 与传 统 电容器 的不 足 ， 在 电子 、 汽 车和 国 防等 领
域具 有广 阔 的应用 前景 ． Ｉ ｘ － ｅ ｌ 电极 材料 是 决 定 电化 学
作： Ｆ ＫＣ６ ０ ０ ， Ｆ ＫＣ７ ０ ０ ， Ｆ ＫＣ ８ ０ ０和 Ｆ ＫＣ ９ ０ ０ ． 本 工 艺
四 种炭 材料 的元素分 析见 表１ ， 其 中Ｃ， Ｈ， Ｎ
表 １ 炭 材料的元素分析（ ％”， ｄ ａ ｄ
Ｔａｂ ｌ ｅ １ Ｕｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏｆ ａ ｓ － ｏ ｂｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ
９ ． ５ １
Ｓ ｔ
２． １ ０
活性炭纤维及其在水处理中的应用
活性炭纤维及其在水处理中的应用活性炭纤维(ACF) 是继粉状活性炭( PAC) 和颗粒活性炭( GAC) 之后的第三代活性炭产品,是20世纪70 年代后期发展起来的一种高效活性吸附材料和环保工程材料。
ACF 的前驱体是炭纤维,是由有机纤维原料经炭化、活化而成。
根据生产中前驱体的不同,目前实现工业化生产的活性炭纤维产品主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯腈基ACF、沥青基ACF等。
由于前驱体的差异,不同的ACF 产品具有不同的功能。
实际工作中应根据需要选取相应的ACF。
1、ACF的特点及性能ACF有丰富的微孔结构和巨大的比表面积,它有多种形式的制成品, 与粉末状和颗粒状吸附材料相比,吸附和脱附速率更快,而且使用更灵活方便。
另外, ACF在震动下不产生装填松动和过分密实的现象,克服了在操作过程中形成沟槽和沉降的问题。
与AC相比, ACF的优势极其明显。
首先, ACF的细孔结构不同于AC, ACF的微孔结构丰富且孔径分布集中(1-2nm), 微孔体积占总孔体积的90%左右, 没有过渡10 %左右; ACF的比表面积较大, 一般都在1000m2/g以上, 甚至可达3000m2 / g , 从而具有更大的吸附容量;ACF的微孔直接分布于纤维的表面,因而吸附质扩散的路径短、时间短,其吸附和再生的速率快,可在较温和条件下再; AC的细孔由大孔(控制扩散速率)、中孔和微孔组成,吸附质扩散要相继经过大孔、中孔和微孔,其扩散路径长、时间长,吸附和再生的速率慢, 因而ACF具有比AC大的吸附动力系数,吸附速率较AC高2 -3个数量级, 再生容易且再生率高, 可重复使用上千次, 使用寿命达数年之久。
其次, ACF的化学组成与AC有差别。
不同原料或相同原料但不同方法制得的ACF, 其表面有不同的官能团,如胺基、亚胺基及磺酸基等,它们对某些吸附质具有特殊的吸附能力和氧化还原及催化特性。
因为ACF具有电性能, 可利用ACF的导电性,将其作为电极,通过电杀菌作用解决细菌繁殖问题。
预炭化时间对煤基活性炭孔结构及电化学性能的影响
Ｉ ｎｆ ｌｕｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ０ ｎｉ ｚ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｎ ｐｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕｔ ｕｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ １ ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ
关键词 ： 炭化 时 间 ； 煤基 活性炭 ； 电化 学性能 ； 比表 面积 ； 孔容
中 图分 类号 ： Ｔ Ｄ ８ ４ ９ ； Ｔ Ｑ ３ ５ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ６ ７ ７ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ４ ２ — ０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｃｏ ａ ｌ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎｓ ａ ｓ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｔ ａ ｉ ｘ ｉ ａ ｎ ｔ ｈ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ
Ｐ ＥＩ Ｗｅ ｉ ｂ ｉ ｎ ｇ， ＸＩ ＮＧ Ｂａ ｏ ｌ ｉ ｎ， ＨＵＡＮＧ Ｇｕａ ｎｇ ｘ ｕ， Ｚ Ｈ ＡＮＧ Ｃｈ ｕ ａ ｎ ｘ ｉ ａ ｎｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ａ ｏ ｚ ｕ ｏ ４ ５ ４ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
双电层电容器用沥青焦基活性炭的制备工艺条件对其孔结构及电化学性能的影响
显 改善 。 ’
关键 词 ： 活性 炭 ；双 电层 电 容 器 ；催 化 活 化 ；交 流 阻抗 中 图 分 类 号 ： ＴＱ４ ４ １ ２ ． 文献标 识 码 ： Ａ
ｔｖ ｔ ｄ ｃ ｒ ｏｎ ｐｒ ｐａ ｅ ｕ ｅ ｔ ｃ ｄｉｉ ｓ Ｃｕ、 ｃ ｔ ｌ ｔｃ ｃ ｉａ ｉ ｎ， ｈｅ ｐ ｃｆｃ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｅ ｉ － ｉａ ｅ ａ ｂ ｓ ｅ ｒ ｄ ｎｄ ｒ ｈｅ ｏｎ ｔｏｎ ｏｆ Ｎｉ ａ ａ ｙ ｉ ａ ｔｖ ｔｏ ｔ ｓ ｅ ｉｉ ａ ａ ｉａ ｃ ｎ ｃ ｅ ｓ ｄ ａ ｈｅ ｈｉ ｏｗｅ ｉｃ ａ ｇ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｍｐｒ ｖ ｄ． ｒ ａ ｅ ｎｄ ｔ ｇｈ ｐ ｒ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｐｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｏｅ Ｋｅ ｒ ： ｃ ｉ ｔ ｄ ｃ ｒ ｎ；ｅ ｅ ｔ ｉ ｏｕ ｅ ｌ ｙ ｒ ｃ ｐ ｃｔ ｒ；ｃ ｔ ｌ ｔｃ ａ ｔｖ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ａ ｔｖａ ｅ ａ ｂｏ ｌｃ ｒｃ ｄ ｂｌ － ａ ｅ ａ ａ ｉｏ ａ ａ ｙ ｉ ｃ ｉａ ｉ ｎ；ＡＣ ｍｐｅ ａ ｃ ｉ ｄｎｅ
ａ ｈ ｓ ｔ ｅＫＯＨ ｏ ａ ｅａ ｄ ａ ｔ ａｉ ｎｔｍｅｉｃ ｅ ｓｄ， ｎ ｈ ｐ ｃｆ ａ ａ ｉａ ｃ ａ ｅ ｃ ４ Ｆ／ ． ｏ ｈ ｃ ｄ ｓ ｇ ｎ ｃ ｉ ｔｏ ｉ ｎ ｒａ ｅ ａ ｄｔ ｅｓ ｅ ｉ ｃｃ ｐ ｃｔ ｎ ｅｃ ｎｒ ａ ｈ ２ ７ ｇ Ｆ ｒｔ ｅａ － ｖ ｉ
维普资讯
炭
素
ＣＡＲＢ０Ｎ
２０ ０ ７Ｏ ｌ ９ ８ ２ ０ ）２ ０ ６ ５ ｆ Ｏ 一８ ４ （０ ７ ０ —０ ０ —０
活性炭的孔结构与其电容特性的关系研究
间摸索发现 ， 通过选 择合适 的前 驱 体材 料 ， 精心 进行 工 艺设 计 ， 采用 传统 的 适合 工 业 化 生 产 的 方法 同样 可 以 制备 超级 电容 器用高 性 能活性 炭 。
２ 实 验
２ １ 活性炭 的制备 和性 能测试 ．
表 １ 活性炭 样 品的 比容和 孔结构
Ｔａ ｌ ｓ ｍ ｍａ ｙ ｏ ｈ ｏ ｏ ｓ ｓｒ ｃ ｕ ｅａ ｄ ｓ ｅ ｂ ｅ １Ａ ｕ ｒ ｆｔ ｅ ｐ ｒ ｕ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｐ — ｃｆ ａ ａ ｉａ ｃ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｏ ｈ ａ ｉ ｃｃ ｐ ｃｔ ｎ ｅ ｉｆ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ＡＣ ｓ ｍ— ｉ ｏ ｐ ｅ ｌｓ
究 了样品 的孔 结构 和 电容 特 性 。结果 表 明 ， 试验 研 制
的微 孔炭 的比表 面积 达 到 ２ ９ ｍ。ｇ 大孔 径微 孔含 量 ４６ ／ ， 很高， ５ 在 ｍＡ／ｍ。的 电流 密度 下 ， ｃ 活性 炭 的比 容达 到
３７ ／ ， ０ Ｆ ｇ 而且具 有 良好 的功 率特 性 。超 级 电容 器 用 活
Ｃ Ｎｏ ． ＡＣ＿ Ｉ ｌ ＡＣ． Ｉ ２ ＡＣ． Ｉ ３ ＡＣ． Ｉ ４ Ｓ 盯 Ｂ Ｓ ｈ ｍ Ｓｘ ｅ
复杂或者设备要求高等问题而难以实现工业化生产。
虽然 使用石油 焦在实 验 室条件 下 比较易 于 制备 中孔 发 达 的活性炭 ， 是 由 于 实 验 中要 使 用 强 腐 蚀 性 ＫＯＨ 但 作 为活化剂 ， 不适 合 产 业 化 。 因此适 合 产业 化 的超 级
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邓 梅根 等 ： 活性 炭 的 孔 结 构 与 其 电容 特 性 的关 系 研 究
活性炭的电化学性质与石墨及玻璃状碳等不同
为了提高水溶液系中活性炭电极的容量，不仅仅孔隙结构要合适，而且用进行表面官能团的控制的。
这种基底面与棱品面，对硫酸的电偶层容量不一样。
棱晶面上的电偶层容量大，是由于表面官能团的氧化还原而产生的仿真容量等原因所造成的;基底面的电偶层容量小，是受活性炭的半导体性质的影响。
气体活化法所生产的活性炭的比表面积越大，电偶层容量小的基底面变得越多，单位表面积的电偶层容量将下降。
而且，棱晶面越多的活性炭，可以认为电偶层容量将越大。
炭化温度所造成的差异，是因为活化前的棱晶面的比例不同，暗示着活化前原料炭的结构对活性炭的性能有很大的影响。
通常，由于基底面在表面上所占的比例大，所以活性炭的电偶层容量为5一30uF/c㎡左右。
在水溶液系电偶层电容器中，氧含量越多的活性炭，单位重量的静电容量越大。
而且，用氧含量不同的活性炭构成上极与负极时，便制成了浓差电池。
此外，充电时还有正极一侧的氧量增加、负极一侧的氧量减少等现象为’。
可以认为，这些氧是活性炭表面官能团中所含的氧，特别是通过竣基所形成的氧。
经过氧化处理的活性炭的梭基数量增加，有时静电容量能增加20%以上。
但是，氧化过度容易引起电阻增加及气化等问题，耐电压性能将下降。
再则，反复地进行充电及放电、进行高温负荷试验及在非氧化气氛中进行热处理等，具有所增加的容量部分消失的倾向。
还有，表面官能团的仿真容量是通过化学反应形成的，在低温下未发现。
活性炭的电化学性质与石墨及玻璃状碳等不同，随着活性炭的物理性质及表面状态、杂质含量等的不同，变化幅度很人。
在40%(重量)的硫酸水溶液中，固体活性炭的周期伏安测量法结果。
周期伏安测量法是让电位以一定的速度变化，测定反应电流的方法白可以求出使用的电压范围及电偶层容量等电偶层电容器的基本特性。
通常，纵轴用电极面积进行规格化处理。
因为比表面积无法正确地求得，而用重量进行规格化处理。
电偶层容量随着活性炭的不同而异。
活性炭比表面积即使相同.由于炭化温度的不同，静电容量也不一样;而且，在有机系电解液中，比表面积与静电容量之间成直线关系，但在硫酸中则为非线性关系。
碳材料科学与技术思考题
《碳材料科学与技术》思考题汇总1.碳的同素异性体有哪些？结构和性质有何差别？金刚石：SP3碳中密度最大，硬度最大，有良好的电绝缘性，热良导体，正四面体结构石墨：SP2层片结构，分为六方晶系与菱形晶系，导电导热性能好，柔软，有润滑性，各向异性。
卡宾：SP杂化轨道，聚烯烃或者累计烯烃结构，半导体或超导性质，生物相容性好，易转变为金刚石。
富勒烯：SP2杂化轨道形成的六面体球状结构。
石墨烯：是从石墨的片层上摘下一层或几层六面体平面，硬度较大，卷起来可以做成碳纳米管。
2.什么是液相碳化？简述其特点及应用。
碳化——有机化合物向碳结构转变的过程。
液相碳化-有机物在液相状态下经过芳构化形成稠环芳烃并进一步脱除非碳元素的过程，比如从有机物到沥青，从沥青到中间相，从中间相到生焦。
通过控制液相碳化过程可制备针状焦、中间相沥青、中间相碳微球等产品。
是炼焦用，特点：（1）液相反应（2）反应温度低（3）有加速现象（4）粘度逐渐增大，直到固体3.简述煤沥青与石油沥青的共性与差别。
两者都是沥青，都是经过热缩聚得到的产物。
其中，石油沥青是以石油为原料，经过裂解碳化得到的，而煤沥青是以煤为原料，先得到煤焦油，后得到沥青。
相比之下，煤沥青有如下有点：（1）煤焦油含碳高，稠环芳烃为主，侧链少，性脆（2）空气吹扫时间增加，含氧量提高，软化点提高（3）吹扫时间增加焦收率增加4.制备中间相纺丝沥青与中间相碳微球，原料与工艺的差别何在？两者都是从沥青出发，通过液相碳化形成中间相。
前者要求尽可能形成流变性能好的大融并体，后者希望生成球径可控的小球体，相互不融并。
因此前者要求原料纯度高，生成的小球完全融并，后者要求生成的中间相小球不融并，往往要加入炭黑等纳米级碳微粒阻止融并。
反应温度前者较低、缓慢，后者温度较高，快速增长。
5.何谓针状焦？与普通焦比有何优良性质？焦是指有机物经过裂解得到的残留的固体物质，基本元素为碳。
因原料的不同有煤焦、石油沥青焦、煤沥青焦等。
碳气凝胶的电导率
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碳气凝胶的电导率（大纲）一、引言1.1研究背景1.2研究意义二、碳气凝胶概述2.1碳气凝胶的定义与分类2.2碳气凝胶的制备方法2.3碳气凝胶的结构与性能三、电导率的基本概念3.1电导率的定义3.2影响电导率的因素四、碳气凝胶电导率的影响因素4.1微观结构的影响4.1.1孔隙结构4.1.2基体碳材料4.2制备工艺的影响4.2.1前驱体种类4.2.2凝胶化过程4.2.3热处理过程4.3外部条件的影响4.3.1温度4.3.2湿度五、提高碳气凝胶电导率的策略5.1材料设计5.1.1优化孔隙结构5.1.2选择高电导率碳材料5.2制备工艺优化5.2.1改进前驱体5.2.2优化凝胶化与热处理过程5.3表面改性5.3.1增强导电性5.3.2防止团聚六、碳气凝胶电导率的应用6.1能源存储与转换6.2传感器6.3环境治理七、总结与展望7.1工作总结7.2存在问题与展望7.2.1研究不足7.2.2发展趋势与前景一、引言碳气凝胶作为一种新型的纳米多孔材料，近年来在材料科学领域受到了广泛关注。
其独特的性质，如高比表面积、轻质、强吸附性以及良好的力学性能，使得碳气凝胶在众多领域展现出了广泛的应用前景，如超级电容器、传感器、催化剂载体等。
炭材料的制备和性能测试
炭材料的制备和性能测试一、炭材料的概述炭材料由于其在高温、高压等极端条件下的稳定性和良好的导电性、热导率等特性被广泛应用于多个领域。
其中，活性炭是应用最广泛的一种炭材料，因为它具有较高的比表面积和孔隙度，并且对吸附不同种类的有机或无机化合物的能力很强。
二、炭材料的制备炭材料的制备一般有两种方法：煅烧和炭化。
煅烧是指将原材料（如活性炭前驱体）置于高温下进行氧化还原反应的过程，从而使其结构稳定，体积收缩，并有一定程度上的微孔生成。
炭化是指通过热分解固态或液态有机物，使其产生高度石墨化程度的结构。
活性炭的制备一般采用炭化后再进行氧化、活化的方式，从而形成具有较强化学亲和力的微孔结构，并增加活性炭的表面积和孔隙度。
三、炭材料的性能测试1. 比表面积测试：活性炭比表面积的测试是活性炭性能评价的重要指标之一。
一般采用氮气吸附法测量活性炭比表面积，该测试方法可提供活性炭比表面积、孔径分布以及孔密度等信息。
2. 孔隙度测试：孔隙度是活性炭对于吸附分子大小、形状选择性的重要性能指标之一。
常用的测试方法是密度法和吸附法。
密度法可直接测定活性炭的孔隙度，而吸附法通常是采用标准吸附分子来测试活性炭孔隙大小和孔隙分布范围。
3. 吸附性能测试：活性炭的吸附性能是指其对目标分子进行吸附的能力，是活性炭的另一个重要指标。
常见的吸附性能测试方法包括顶空/固相微萃取和气相色谱技术等，后者通常结合质谱检测器可以得到更为精确的定量分析结果。
4. 电化学性能测试：如果炭材料用于电池等复合材料领域，那么其电化学性能的测试就成为了关键的环节。
目前常用的测试方法为电化学交流阻抗法，该方法可以测试炭材料电极的反应活性、电荷传递质子扩散的相对速率以及膜本身的电学特性等。
四、炭材料的应用由于其良好的吸附性、透气性、热稳定性和电性能等特性，炭材料在环境保护、能源存储、电子器件、催化剂甚至是航天飞行器等领域的应用得到了广泛的推广。
例如，活性炭材料被广泛应用于水处理和空气净化领域，而石墨化炭材料则应用于储氢材料、锂离子电池和太阳能电池等领域。
活化剂用量对竹基活性炭孔结构及电化学性能的影响
随 着碱 炭 比 增 大 ， 活性 炭 材 料 的 比表 面积 与 总孔 容 、 Ｌ Ｌ 、 孔 孔 容 先 增 大 后 减 小 ， 均孔 径 不 断增 大 。 其 中碱 炭 比 中ｑ ． 容 微 ￣ 平
值为 ６时的样 品 Ｂ Ｃ Ａ ６比表 面积 为 ３１６５ｍ ／ ， 孔容 为 ２ ０ ３ｃ ｇ 平均 孔 径 为 ２ ５５ｎ 在 有机 电解 液 中以 ６ ． ｇ 总 ．２ ｍ ／ ， ．５ ｍ，
适用 于有机体 系双 电层 电容器 的高 中孔率 活性 竹炭 的设想 ， 考察 了 Ｋ Ｈ 活化剂 与竹 炭的质 量配 比（ Ｏ 碱 炭 比） 活性炭 Ｂ Ｔ表 面积 、 对 Ｅ 孔结 构及在 电解质 离子尺 寸较大 的有机 电解液 中的 比电容 的影 响 ， 同时探
双 电层 电容器 （ Ｄ Ｃ） 近年 来迅 速 发展 起 来 的新 型储 能 装 置 ， 望 在 电动 汽 车 、 ＥＬ 是 有 电动 助力 车 、 清 洁 能源等 领域广 泛应 用 。活性 炭 因价格 低廉 、 比表 面积高 、 电性好 及性 能稳 定等 优点 而成为 制备 双 电 导
收 稿 日期 ：０ ０—１ ２１ １一ｌ ２ 基 金 项 目 ：十 一 五 ” 家 科 技 支 撑计 划 资助 （ ０６ Ａ １ Ｂ ６ “ 国 ２０ Ｂ Ｄ ９ ０ ）
ｐｏｏ ｉｙ ｖ ｌ ｍｅ ａ ｄ ｍｉｒ ｐｏｅ ｖ ｌ ｍｅ ｏ ｃｉａ ｅ ａ ｂ ｎ ｎｃ ｅ ｓ ｒｔｙ ａ ｄ ｄｅ ｒ ａ ｅａ ｔｒ ｒ ｄ ｗｉｈ ｉ ｒ ａ ｉ ｇ ｒ ｔ ｆＫＯＨ／ ｒ ｓｔ ｏ ｕ ｎ ｃｏ ｒ ｏ ｕ ｆａ ｔ ｔ ｄ ｃ ｒ ｏ ｓ ｉ ｒ ａ ｅ ｆ ｓｌ ｎ ｃｅ ｓ ｆｅ ｗａ ｔ ｎｃｅ ｓｎ ａｉ ｏ ｖ ｉ ｏ
第 ３ 卷 第 ４期 １ ２ １ 年 ８月 ０１
球形活性炭孔结构对其电化学性能的影响
球形活性炭孔结构对其电化学性能的影响朱靖;梁晓怿;包燕君;李曰星;张益坤【摘要】以苯乙烯、二乙烯苯为原料,通过分散聚合法合成制备聚苯乙烯树脂球,经过磺化、炭化、KOH活化制得聚苯乙烯基球形活性炭.通过扫描电镜、氮气吸附、循环伏安、恒电流充放电及交流阻抗测试,表征活性炭形貌、孔结构及电化学性能.结果表明:所制备活性炭具有良好的球形度,比表面积在2 000～3 000 m2/g内孔径可调,作为电极材料应用于水系超级电容器后显示出优异的电化学性能,在2 A/g 的电流密度下,比电容达261 F/g,且具有良好的倍率特性及循环性能,同时球形活性炭0.7～1.5 nm的微孔含量是超级电容器比容量的决定因素.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)010【总页数】4页(P1526-1528,1574)【关键词】球形活性炭;超级电容器;孔结构;电化学性能【作者】朱靖;梁晓怿;包燕君;李曰星;张益坤【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TM53超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，它具有比传统电容器更高的比能量、比电池更高的比功率。
此外，超级电容器具有工作温度范围宽、使用寿命长和对环境无污染等特点，在电动汽车、能源电力、交通运输及航空航天等领域都有着广泛的应用前景[1-2]。
生物质基活性炭电极超电性能影响因素分析
当代化工研究Modern Chemical Research154科研开发2020・17生物质基活性炭电极超电性矣E影响因素分析*朱俊芳'*李环'徐珊珊2任铁真1“(1.巴音郭楞职业技术学院新疆8410002.河北工业大学化工学院天津300130)摘耍：生物质碳源种类丰富、来源广、价格低，作为电极材料性能稳定.但是影响碳材料电化学性能的因素很多，碳源种类、比表面积、孔道结构、表面官能团等.本文主要从生物质种类出发分析活性炭材料孔性、比表面积与电容特性之间餉相关性，总结了不同生物质活性炭电极材料的电容影响参数。
关键词：双电层电容；碳材料；生物质种类；孔结构；比表面积中图分类号：T文献标识码：AAnalysis of Influencing Factors on Superelectric Properties of Biomass Based ActivatedCarbon ElectrodeZhu Junfang1*,Li Huan1,Xu Shanshan2,Ren Tiezhen1'2(1.Bayin Guoleng Vocational and Technical College,Xinjiang,8410002.College of Chemical Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin,300130)Abstracts Biomass carbon source is rich in variety,-wide in source and low in price,and its performance as electrode material is stable. However,there are many f actors affecting the electrochemical performance of c arbon materials,such as the type of c arbon source,specific surface area,pore structure,surface J unctional groups,etc.In this paper,based on the types of b iomass,the correlation between the porosity,specific surface area and capacitance characteristics of activated carbon materials was analyzed,and the capacitance influence parameters of different activated carbon electrode materials were summarized.Key words：electric double layer capacitor^carbon materials biomass species\pore structure^specific surface area1.引言的含量，以及相应生物质活性炭在6M KOH,lA/g的电流密度以碳材料为主的双电层电容主要通过电荷分离存储能量，不涉及法拉第做功，能量损耗小、寿命长，稳定性好山。
焦粉活性炭结构与性能表征报告
焦粉活性炭结构与性能表征报告焦粉活性炭是一种具有高孔容、高表面积、高化学稳定性以及优异吸附性能的材料，广泛应用于环境保护、催化剂载体、电极材料等众多领域中。
为了深入了解其结构与性能，本报告对一种焦粉活性炭进行了表征和研究。
一、结构表征1、基本结构焦粉活性炭的主要成分为碳，其基本结构为多孔碳质颗粒。
样品表面观察表明，颗粒尺寸在5~20 μm之间，表面呈现不规则的多孔结构，颗粒之间存在相互交错的空隙。
2、孔结构孔结构是影响焦粉活性炭吸附性能的重要因素。
BET比表面积测试结果显示，该样品比表面积为1253.19 m2/g，孔径分布主要集中在2~10 nm之间，达到总孔体积的81.4%，其中微孔体积和介孔体积分别占比54.2%和27.2%。
3、表面官能团表面官能团含量与化学性质对吸附性能也有较大影响。
傅里叶变换红外光谱测试结果显示，该样品表面存在大量的羟基、羰基和芳香环基团，这些官能团可能是其良好吸附性能的主要原因之一。
二、性能表征1、吸附性能吸附是焦粉活性炭主要应用之一，为了测试其吸附性能，我们选用了甲苯作为目标物质，采用静态吸附实验测定其吸附容量。
结果表明，该样品吸附容量高达298.7 mg/g，远远超出了许多其他吸附材料，说明焦粉活性炭具有良好的吸附性能。
2、电化学性能焦粉活性炭在电化学体系中具有较好的电化学活性和催化性能，可作为催化剂载体和电极材料。
该样品在3 mol/L KOH电解液中进行循环伏安测试，测试结果显示，具有优秀的电化学性能，即在较低的电位下即可达到很高的电流密度，具有良好的电容性能，表明其具有潜在的催化剂载体和电极材料应用价值。
综上，通过对焦粉活性炭的结构和性能进行表征，发现其具有多孔、高孔容、高表面积、高吸附容量以及良好的电化学性能等优异特点，对于其在环境保护和新能源领域具有较大的应用潜力。
本报告对焦粉活性炭的结构和性能进行了表征和研究，下面列出了其中主要的数据，并进行了相关分析。
不同前驱体制备活性炭电化学性能对比研究
挥发分
煤沥青
0.09%
56.3%
椰壳炭
0.20%
16.4%
2 . 2 活性炭的制备 分别将煤沥青和椰壳炭进行破碎，过 筛 取 200
目以下原料。按 照 炭 碱 比 1: 4 , 将 10g 煤沥青和 l 〇g 椰 壳 炭 分 别 与 40gK O H 置 于 三 维 混 料 机 进 行
2019年 第 3 期
AbstractrActivated carbonACp and ACypwere prepared by KOH activation method using coal pitch and coconut shell carbon as precursors, respectively. The specific surface area, pore structure and morphology of ACP and ACYp were studied. The results showed that the specific surface area of ACP and ACYp were 3104.5 and 2954.99m2/g, respectively. The mesopore and micropore in the range of 0.5~2.7 nm were the major pores in Activated carbon ACP and ACyp. The electrochemical measurements indicate that the activated carbon ACPexhibited higher specific capacitance (290F/g) than that of ACyp(185F/ g), while the activated carbon ACPpresented higher specific capacitance retention than that of ACP. Key w ords：coal pitch; coconut shell charcoal;activated carbon;electrochemical properties
高性能炭电极材料的制备和电化学性能研究
用 。采 用氮 气 吸 附仪 （ Ｓ Ｒ３０ ， ｃｏ ｒ ｉ ， ＴＲＩＴＡ ００ Ｍｉｒｍｅｉｃ ｔｓ 美 国） 傅 立 叶 红 外 仪 （ Ｅ 和 Ｎ ＸＵＳ １Ａ， ｃｌｔ美 国） ９２ Ｎｉ ｅ， ｏ
表 征活 性炭材 料 的 比表 面 积 、 结构 和表 面性质 。 孔 ２ ２ 电化 学电 容器 的组装 与性 能研 究 ． 按 活性 炭 、 墨 和聚 四氟 乙烯 乳 液质 量 比例 ８： 石 １ ： １均匀 混合 ， 将粘 稠状 的浆 料 压 成厚 度 为 ０ ２ ． ｍｍ 的
ＫＯＨ 为 电解液 ， 组装 成硬 币 型电化学 电容器 。采用 电
电容 器与 电池 之 间 的新 型储 能 器 件 ， 既 具 有 比传统 它 电容 器高 的比能量 ， 又具 有远 高于 电池 的 比功 率 ， 可 且 瞬 间释放特 大电 流 、 电 时 间短 、 环 使 用 寿 命 长 、 充 循 无 记忆 效应 以及 基 本 无 需 维 护 等 特 点ｎ 。 因此 ， ］ 超级 电 容器 既可作储 能元 件 ， 微机 存储 器 的后 备 电源 ， 可 如 又 作 为动力元件 ， 电动汽 车 的启 动电源 ［ ］ 如 ２ 。
目前 ， 电化 学 电容器研 究 的 电极 材 料 主要 有 ３类 ：
池程控 测 试 仪 （ 兴 Ｐ Ｂ －０—Ｄ，武 汉 ）进行 恒 流 力 Ｃ Ｔ １０８ 充 放 电测试 ， 电化 学 工作 站 （ ６Ｏ美 国）进行 循 用 ＣＨＩ６ ，
环伏安 ， 流阻抗 、 电流 等 电化 学性能 的测试 。 交 漏
制备 炭 电极 材料 ， 究 了活化 荆 与 果 壳 的 不 同混 合 质 研 量 比例 对 炭材 料 性 质 的 影 响 ， 氮 气 吸 附和 傅 立 叶 红 用
热解多孔碳制备
热解多孔碳制备热解多孔碳制备是一种常见的方法，用于制备具有高比表面积和孔隙结构的多孔碳材料。
多孔碳材料广泛应用于能源存储、催化剂支撑、吸附分离和电化学传感等领域。
本文将介绍热解多孔碳制备的原理、方法以及其在各个领域的应用。
我们来了解热解多孔碳制备的原理。
热解是指在高温条件下，通过热裂解有机物来制备碳材料的过程。
在多孔碳制备中，常用的有机前驱体包括聚苯乙烯、蔗糖、聚酰胺等。
这些有机物在高温下分解，生成碳骨架，并形成孔隙结构。
热解过程中，温度和保持时间是影响多孔碳材料结构和性能的重要因素。
我们来了解多孔碳制备的方法。
热解多孔碳制备方法多种多样，常见的有直接热解法、模板法和活性炭法等。
直接热解法是将有机前驱体置于高温炉中，通过热裂解生成碳材料。
模板法是将有机前驱体浸渍在具有孔隙结构的模板上，热解后去除模板即可得到多孔碳材料。
活性炭法是将有机前驱体浸渍在活性炭上，热解后去除活性炭即可得到多孔碳材料。
这些方法各有优劣，可以根据需要选择合适的方法进行制备。
接下来，我们来了解多孔碳材料在各个领域的应用。
首先是能源存储领域，多孔碳材料具有高比表面积和孔隙结构，能够提供更多的储存空间，用于制备电容器和锂离子电池等能源存储装置。
其次是催化剂支撑领域，多孔碳材料具有良好的化学稳定性和导电性能，可用于催化剂的负载和固定，提高催化反应效率。
此外，多孔碳材料还可以应用于吸附分离和电化学传感等领域，具有很大的应用潜力。
热解多孔碳制备是一种常见的制备多孔碳材料的方法。
通过选择合适的有机前驱体和制备方法，可以得到具有高比表面积和孔隙结构的多孔碳材料。
这些多孔碳材料在能源存储、催化剂支撑、吸附分离和电化学传感等领域具有广泛的应用前景。
未来，随着技术的不断进步，热解多孔碳制备方法将更加成熟和高效，多孔碳材料的应用领域也将进一步扩大。
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。
生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究
生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究摘要：炭材料作为一种重要的电化学电极材料，具有高比表面积、导电性能优异、化学稳定性高等特点，因此被广泛应用于能源储存和转化领域。
在本研究中，我们采用生物质作为前驱体，通过热处理与激活方法制备了多孔炭材料，并对其电化学性能进行了研究。
通过扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附等方法对样品的形貌和孔结构进行了表征。
同时，我们还使用循环伏安法（CV）和恒流充放电（GCD）法评估了材料在超级电容器中的电化学性能。
1. 引言生物质作为一种可再生、丰富的天然资源，具有多孔结构和较高的碳含量，适合用于制备多孔炭材料。
通过热处理与激活方法，可以进一步提高生物质材料的比表面积和孔容。
多孔炭材料具有高电导率和大比表面积等优点，因此在能源存储和转化方面具有广阔的应用前景。
2. 实验部分2.1 原料制备我们选择某种生物质作为前驱体，通过研磨和筛分得到一定粒度的生物质粉末。
2.2 炭材料制备将生物质粉末放入炉中，在惰性气氛下进行炭化处理，通过控制炭化温度和时间得到初步的炭材料。
然后，将初步的炭材料放入活化剂中进行激活处理，以产生更多的孔结构和提高比表面积。
3. 结果与讨论3.1 形貌表征通过扫描电子显微镜观察样品的形貌，结果显示多孔炭材料呈现出较为均匀的孔洞分布，并且孔径大小分布在纳米至微米尺度之间。
3.2 孔结构表征使用N2吸附-脱附法对样品的孔结构进行表征，结果显示多孔炭材料具有较高的比表面积和孔容。
这对于提高电化学性能至关重要，因为更大的比表面积可以提供更多的活性表面，更多的孔容可以提供更多的电解质扩散通道。
3.3 电化学性能测试我们使用循环伏安法和恒流充放电法测试了多孔炭材料在超级电容器中的电化学性能。
结果显示，多孔炭材料具有较高的电容量和较好的循环稳定性，表明其在超级电容器中具有良好的电化学性能。
4. 结论通过生物质作为前驱体，我们成功制备了多孔炭材料，并对其电化学性能进行了研究。
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。
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夏笑虹 等: 炭前驱体对活性炭孔结构和电化 学性能的影响
不断增大, 平均孔径变化不大, 集中在 2nm 左右。
1255
KOH 活化剂用量的增加, 活化反应的速度加快, 生成 的 K 2 CO 3 增加, 消耗的碳 也随之增加, 因此活性炭的 孔隙数目和孔容积增加。当碱/ 炭比> 4 后, 活性点上 的碳原子已基本消耗完, 而继续反应则消耗的是位于 完整晶格表面位置上的碳原子即孔隙周围作为骨架的 碳原子, 并改变活性炭的孔结构和孔径分布, 因此碱/ 炭比> 4 后, 活性炭的碘吸附值有所降低。
17. 9
1. 87
21. 5
1. 97
47. 3
1. 99
73. 0
2. 28
从表 1 可以看出, 随着碱/ 炭比的增大, 竹炭基 A C 碱炭比为 4 时达到最大值; 两种炭前驱体活性炭的中 比表面积不断增大而石油焦基 AC 先增大后减小, 在 孔( 2~ 50nm) 孔容、大孔( > 50nm) 孔容和总 812 0. 680
0. 067 0. 278 0. 382 0. 626
0. 004 0. 045 0. 046 0. 055
11. 6
1. 92
23. 7
1. 91
30. 8
1. 90
46. 0
1. 96
石油焦基 A C 碱/ 炭比
比表面积( m2 / g ) 总孔容( cm3 / g ) < 2nm( cm3/ g) 2~ 50nm( cm3 / g) > 50nm( cm3 / g)
活性炭材料的比表面积、孔结构和表面官能团的 性质受不同活化工艺的影响: 一般而言, 物理活化( 例 如水蒸气或 CO 2 ) 制备的活性炭材料孔径分布较宽[ 2] , 而化学活化( 例如 K O H 、N aOH 或者 H 3 PO 4) 制得活 性炭材料则以微孔为主[ 3] , 而且相对物理活化而言其 表面带有更多的活性官能团[ 4] 。除活化工艺外, 炭前 驱体的性质也是影响活性炭性能的重要因素之一, 不 同的前驱体所制备的活性炭材料孔径分布和表面官能 团性质也有所不同[ 5] 。石油焦具有来源丰富、价格低 廉、含碳量高、灰份含量低、导电性好等优点。采用延 迟焦化工艺生产的石油焦, 其挥发份含量高达 10% ~
图 2 竹炭基和石油焦基 AC 的孔径分布
Fig 2 Pore size dist ribut ion of bamboo char and pet ro
leum coke based act iv at ed carbon 进一步比较发现, 石油焦基 AC 在碱 炭比达到 3 时, 其比表面积、总孔容和微孔孔容仍均较小, 仅分别 为 1147. 6cm2/ g , 0. 564 和 0. 424cm3 / g; 而此时竹炭基 A C 的比表面积已达到 2454. 0cm2/ g, 微孔孔容达到最 大值 0. 861cm3/ g, 说明竹炭与 K O H 活化剂的反应活 性比石油焦大, 这可能 与两者的 组织结 构不同有 关。 对比图 1 可知, 活化剂分子更有利于进入竹炭的网络 状孔中并与孔壁上的碳原子反应, 同时由于竹炭组织 结构中无定形碳的含量高, 碳六角网格平面较小而且 堆叠很不规则, 易于与 KOH 反应的活性点碳多于石 油焦, 因此在相同的活化工艺条件下生成的微孔数目 较多。结合图 2 可以看出, 石油 焦基 A C 只有在碱炭 比达到 4 以后, 比表面积、总孔容、微孔孔容和中孔孔 容才有较大幅度的增加, 并且随着 KOH 用量的进一 步增加, 微孔被进一步烧蚀成中孔, 同时由于石油焦基 体中碳骨架比较牢固, 没有出现大范围的坍塌现象, 因 此中孔孔容大幅增加, 中孔率达到 73% 。 3. 3 碱/ 炭比对活性炭吸附性能的影响 碱/ 炭比对两种炭前驱体活性炭碘吸附值( E ) 和亚 甲基蓝( Ay ) 吸附值的影响分别如图 3 和 4 所示。众所 周知, 由于碘分子尺寸较小, 而亚甲基蓝分子尺寸较碘 分子大( 1. 6nm ! 0. 84nm ! 0. 47nm) , 因此碘吸附值反 映的是 1. 0~ 1. 4nm 的孔隙发达程度, 而 亚甲基蓝吸 附值反映的是 1. 5~ 2. 8nm 孔隙的发达程度[ 7] 。由图 3 可知随着碱/ 炭比的增加, 两种炭前驱体活性炭的碘 吸附值不断增大, 但当碱/ 炭比> 4 时, 碘吸附值有所下 降, 与表 1 中 活 性炭 的 微 孔 孔 容的 变 化 规 律 一 致。 KOH 化学活化法制备活性炭的过程中, KOH 与位于 活性点上的碳发生反应, 生成 K2 CO3 而消耗碳。随着
3 结果与讨论
3. 1 不同炭前驱体的表面形貌 经 700 炭化后的竹炭的纵截面和石油焦的表面
形貌如图 1 所示。图 1( a) 、( b) 分别为竹炭在不同放 大倍数下的扫描电镜图, 从放大倍数为 500 的图 1( a) 可以看出竹炭骨架的纵截面上存在明显的网络状孔结 构, 这些孔洞大多呈矩形或方形, 直径为 30~ 50 m, 孔 壁较薄, 孔壁之间还存在一些直径约 5 m 的小孔。而 从放大倍数为 5000 的图 1( b) 上则可进一步看到竹炭 的孔壁上存在一些直径约 2 m 的圆形孔洞。竹炭的 这种网络状孔结构的形成与毛竹原料中存在密度较大 的纤维状组织有关。由图 1( c) 可以看出, 石油焦原料 的组织结构呈纤维状, 表面比较疏松且存在一些焦化 过程中形成的形状不规则的气孔和裂缝。
表 1 竹炭基和石油焦基 AC 的比表面积和孔结构参数
T able 1 Specif ic sur face area and por e st ruct ure param et ers of bam bo o char and petro leum co ke based activat ed
car b on
2实验
2. 1 原料与试剂 石油焦: 湖南省长岭炼油化工总厂生产, 研磨后取
粒度为- 100~ + 200 目的细粉, 烘干备用。经测定其 组成和吸附性能为: 水份 0. 87% , 挥发份 13. 79% , 灰 份 0. 23% , 固定碳含量 85. 11% , 碘吸附值 239m g/ g , 亚甲基蓝吸附值 25 mg / g。竹节: 湖南农村盛产的毛 竹加工后的竹节废料, 洗净后备用。KOH : 市售化学 纯。 2. 2 活性炭材料( AC) 的制备
竹炭基 AC 碱/ 炭比
比表面积( m2 / g ) 总孔容( cm3 / g ) < 2nm( cm3/ g) 2~ 50nm( cm3 / g) > 50nm( cm3 / g)
中孔 率( % ) 孔径( nm)
2
1204. 1
3
2454. 0
4
2610. 7
5
2783. 5
0. 579 1. 174 1. 240 1. 361
图 1 竹炭和石油焦的表面形貌
F ig 1 SEM of bamboo char and pet roleum coke
3. 2 碱/ 炭比对活性炭孔结构的影响
表面积和孔结构参数列于表 1 中, 它们的孔径分布则
不同碱/ 炭比下竹炭基和石油焦基 AC 的 BET 比 分别如图 2( a) 和( b) 所示。
夏笑虹 等: 炭前驱体对活性炭孔结构和电化 学性能的影响
1253
炭前驱体对活性炭孔结构和电化学性能的影响*
夏笑虹1 , 张东升2, 刘洪波1, 何月德1
( 1. 湖南大学 材料科学与工程学院, 湖南 长沙 410082; 2. 国家林业局 林产工业规划设计院, 北京 100010)
摘 要: 分 别以 毛 竹和 石 油焦 为 炭前 驱体, 采用
毛竹首先经过 100~ 120 干燥后, 在 700 下炭 化, 冷却后经破碎研磨, 取 100 目筛下料作为制备 AC 的竹炭原料。将竹炭原料和石油焦分别与 KOH 按一 定的碱/ 炭比混合后置于镍坩埚中, 在还原性气氛中按 一定的升温制度加热至所需温度, 保温一定时间后随 炉冷却, 用去离子水洗涤至中性, 烘干备用。不同碱/ 炭比下制备的竹炭和 石油焦基活性 炭样品分别记为 ZH J 2~ Z H J 5 和 SH YJ 2~ SH YJ 5。 2. 3 吸附性能和孔结构、比表面积测定
参照 GB/ T 7702. 6 1997 和 GB/ T 7702. 7 1997 分 别测定 AC 的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值。
取 0. 1g 左右粒度为- 325 目的活性炭试样, 采用 美国 M icro metrics 公司生产的 ASAP 2400 型吸附仪 测定试样在 77K 下的 N 2 吸脱附等温线, 据此计算活 性炭的比表面积、孔容积和孔径分布。 2. 4 表面形貌的观察
中孔 率( % ) 孔径( nm)
2
1107. 9
3
1147. 6
4
2597. 9
5
2279. 5
0. 536 0. 564 1. 296 1. 297
0. 427 0. 424 0. 631 0. 272
0. 096 0. 121 0. 613 0. 947
0. 013 0. 019 0. 052 0. 078
由于活性炭电极材料中不可避免地有杂质存在, 它们在充放电过程中将形成微电池而消耗电量, 此外 活性炭中的部分微孔被电解液完全浸润和电解质溶液
2010 年第 7 期( 41) 卷
中的离子在活性炭微孔中的迁移都需要较长的时间, 因此通常将模拟 EDL C 恒压充电 30min 后所测得的 电流作为活性炭的漏电流[ 6] 。
试样经喷金后, 采用 KYKY 2800 型扫描电子显 微镜在一定的放大倍数下进行表面形貌观察。
* 基金 项目: 国家十一五科技支撑计划资助课题( 2006BA D19B06)
收到 初稿日期: 2009 12 16
收到修改稿日期: 2010 04 15