活性炭制备技术及应用研究综述
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭改性方法及其在水处理中的应用一、本文概述活性炭，作为一种广泛应用的吸附剂，因其高比表面积、优良的吸附性能和化学稳定性，在水处理领域扮演着重要角色。
然而，原始的活性炭在某些特定应用场合下可能表现出吸附容量有限、选择性不高等不足，这就需要对活性炭进行改性，以提高其在水处理中的性能。
本文旨在探讨活性炭的改性方法，并分析改性活性炭在水处理中的应用及其效果。
我们将详细介绍活性炭的改性方法，包括物理改性、化学改性和生物改性等多种方法，并阐述其改性原理和效果。
接着，我们将通过案例分析，探讨改性活性炭在水处理中的实际应用，如去除重金属离子、有机物和色度等。
我们将对改性活性炭在水处理中的应用前景进行展望，以期为推动活性炭在水处理领域的应用和发展提供参考。
二、活性炭基础知识活性炭，作为一种多孔性的炭质材料，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于各种领域，尤其是水处理领域。
其基础知识的掌握对于理解活性炭的改性方法以及在水处理中的应用至关重要。
活性炭主要由碳、氢、氧、氮、硫和灰分组成，其中碳元素含量一般在80%以上。
活性炭的多孔结构赋予了其巨大的比表面积和优异的吸附性能。
活性炭的孔结构包括大孔、中孔和微孔，这些孔的存在使得活性炭能够吸附分子大小不同的各种物质。
活性炭的吸附性能主要取决于其表面化学性质和孔结构。
表面化学性质包括表面官能团的种类和数量，这些官能团可以影响活性炭与吸附质之间的相互作用力，从而影响吸附效果。
孔结构则决定了活性炭的吸附容量和吸附速率。
活性炭的制备方法多种多样，包括物理活化法、化学活化法和化学物理联合活化法等。
不同的制备方法可以得到不同性质的活性炭，从而满足不同应用场景的需求。
在水处理领域，活性炭主要用于去除水中的有机物、重金属离子、色度、异味等污染物。
其吸附过程包括物理吸附和化学吸附，通过这两种吸附方式的共同作用，活性炭可以有效地净化水质，提高水的饮用安全性。
活性炭的基础知识包括其组成、结构、性质、制备方法和应用等方面。
《血液净化技术发展综述4300字》
血液净化技术发展综述目录1 血液净化设备 (1)2 血液净化材料 (1)3新型血液透析方式 (2)3.1连续性血液净化(CBP) (2)3.2每日透析 (2)3.3杂合型血液透析 (3)3.4免疫吸附(IA) 技术 (3)3.5家庭血液透析 (4)4血液净化新理论 (4)4.1生物人工肾 (4)4.2干细胞治疗 (4)4.2.1内源性干细胞 (4)4.2.2外源性干细胞 (5)结语 (5)参考文献 (6)近年来，血液净化技术的应用越来越广泛，对肾脏疾病的治疗也令人瞩目。
目前，在血液透析、血液透析设备和血液透析方式的更新条件下，为血液净化技术奠定了坚实的基础，促进了血液净化技术的临床应用开发，透析效果越来越好。
血液净化技术的临床应用进展综述如下。
1 血液净化设备血液净化设备是血液净化工程技术的载体，我国正努力用自主创新技术解决临床应用需求问题。
整个设备的制造过程是稳定血液净化处理质量的保证，而设计技术的准确性是提高血液净化处理质量的重要因素。
人工肝支持治疗、器官功能、血液净化治疗生物材料进展、临床试验与示范基地建设创新血液净化系统基于时间表理论的重要支撑。
现有的血液净化理论可以解决临床实践中的一些基本问题，但并没有真正解决医学专家的期望问题。
根据净化功能的配置程度，将血液净化设备分为基本型、强化型和综合型血液净化设备。
在国内血液灌流机和单功能的血液透析机的血液净化设备的基本型为基础，通过整合与优化，提升能力和环境适应能力，大大降低了生产成本和处理成本，性价比高，易于操作和维修；增强血液净化设备在国内血液透析机CRRT机为主，加强过滤，基本功能超滤、透析、血和水的结构优化，提高电解液，超滤，肝素的作用，处理温度曲线，个别的治疗作用，增加血容量监测系统，去除毒素，ASSE评价系统，提高患者的舒适度和医务人员的操作；血液净化设备在国内多功能血液净化设备为主，血液灌流，血液透析、血液透析、过滤、吸附、超滤等功能的综合治疗模式，打破多功能血液净化设备供应的特殊和昂贵的供应现状，实现普遍，降低处理成本，提高采集、处理和监控设备的操作和处理动态信息的过程，提高智能设备的维护和操作的便利程度。
生物质的热化学转换
生物质的热化学转换生物质，这个看似普通的词，实则包含了丰富的内涵。
它代表了所有生命过程中产生的有机物质，这些物质源于植物、动物、微生物等生物体的生命活动。
而生物质的热化学转换，则是指利用热能将生物质转化为其他形式的能源或物质的化学过程。
在我们的日常生活中，生物质的热化学转换有着广泛的应用。
例如，我们熟知的生物质发电厂就是利用秸秆、木材、废弃物等生物质为原料，通过燃烧产生热能，再转化为电能。
这种方式不仅提供了可再生的能源，而且相较于燃烧化石燃料，生物质燃烧产生的二氧化碳和硫氧化物等污染物排放明显减少，对环境的影响较小。
然而，生物质的热化学转换并不仅仅局限于发电。
它也可以用于产生工业化学品，如氨、甲醛、乙酸等。
这些化学品在农业、建筑、医疗等领域有广泛的应用。
此外，生物质的热化学转换还可以用于生产生物燃料，如生物柴油和生物气体，这些燃料可以替代传统的化石燃料，对减少碳排放、推动可持续发展具有重要意义。
生物质的热化学转换过程可以实现能量的高效利用和物质的循环再生，这是符合绿色发展理念的重要技术。
然而，它也面临着一些挑战，如生物质资源的收集、储存和运输等问题，以及热化学转换技术的效率和环保性问题等。
未来，我们需要进一步研究和优化生物质的热化学转换技术，以提高其效率和环保性，降低成本，使其在更多的领域得到应用。
我们也需要加强政策引导，推动生物质资源的合理利用，促进清洁能源的发展，为构建美好的生态环境做出贡献。
总的来说，生物质的热化学转换是一种具有巨大潜力的技术。
它不仅能帮助我们更好地利用生物质资源，还能推动能源结构的优化和环境保护。
让我们期待它在未来的表现和应用，共同见证这一领域的发展和进步。
生物质热化学转化行为特性和工程化研究引言随着全球能源需求的不断增长，生物质能源作为一种可再生、低碳、环保的能源形式，逐渐受到人们的。
生物质热化学转化是生物质能源利用的重要途径之一，通过将生物质转化为燃料或化学品，可以满足人类对能源的需求，同时降低对环境的影响。
活性炭制备技术及应用研究综述
活性炭制备技术及应用研究综述摘要:从活性炭的制备技术和活性炭的应用两方面综述了国内外活性发近20年的研究进展。
总结了活性炭的化学活化法和物理活化法的发展状况，对制备技术中的最新突破—物理法-化学法活性炭一体化生产工艺进行了介绍，并且简述了活性炭工业生产中无公害化、低消耗、预处理的生产技术，以及吸附达饱和活性炭的再生生产技术，同时总结了活性炭在气相吸附、液相吸附和作为催化剂载体等方面的应用进展。
提出了目前活性炭生产应用技木存在的问题，明确了活性炭产业发展的出路与对策，指明了活性炭未来的研究方向。
关键词:活性炭:制备:应用；发展趋势活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。
活性炭在石油化工、食品、医药乃至航空航天等领域均有广泛应用，已成为国民经济发展和国防建设的重要功能材料。
近年来，随着环保、新能源等行业的快速发展，功能型活性炭的市场需求激增，我国活性炭的生产量和出口量均已达到世界第一。
同时，生物质热解固炭技术也是公认的解决气候变化问题的有效措施之一。
因此，针对活性炭科学研究与产业化开发存在的问题，本论文综述了活性炭制备与应用技术研究现状及发展1.国内外活性炭制备技术进展1.1化学活化法化学活化法就是通过将各种含碳原料与化学药品均匀地混合后，一定温度下，经历炭化、活化、回收化学药品、漂洗、烘干等过程制备活性炭。
磷酸、氯化锌氢氧化钾、氢氧化钠?、硫酸、碳酸钾、多聚磷酸和磷酸酯等都可作为活化试剂，尽管发生的化学反应不同，有些对原料有侵蚀、水解或脱水作用，有些起氧化作用，但这些化学药品都可对原料的活化有一定的促进作用，其中最常用的活化剂为磷酸、氯化锌和氢氧化钾。
化学活化法的活化原理目前还不十分清楚，一般认为化學活化剂具有侵蚀溶解纤维素的作用，并且能够使原料中的碳氢化合物所含有的氢和氧分解脱离，以H2O、CH4等小分子形式逸出，从而产生大量孔隙。
活性炭的性能及在制药生产中的应用
ｅ 的吸附作用， 实验证明活性炭对人参皂苷 皂苷 Ｒ Ｒ ｅ 有较强的吸附作用， 随着炭量增加， 吸附量明显 Ｈ下对人参皂苷 Ｒ ｅ 的吸附作用无明 增多， 在不同 ｐ 显改变， 温度对活性炭的吸附有一定影响， 吸附作用
１ １ ］ 随温度升高而增强。崔勤敏等 ［ 测定不同温度下
１ ］ 石油焦、 聚氯乙烯、 聚丙烯、 各种树脂、 旧轮胎等［ 。
Ｏ在颗粒中的扩散速度快， 所以工业上多采用 于Ｈ ２ 水蒸气活化法。工艺流程如图 １所示。
图１ 物理活化法制备活性炭工艺流程简图
物理活化法实质是活化气体与含碳材料内部 “ 活性点” 上碳原子反应， 通过开孔、 扩孔和创造新 孔形成丰富的微孔。炭化温度一般在 ６ ０ ０℃， 活化
中国药典 ２ ０ ０ ５ 版一部收载的药用炭作为吸附药物未 Ｂ ／ Ｔ １ ３ ８ ０ ３ ． ４ １ ９ ９ ９针剂用活性炭 对原料做规定， 但Ｇ 的国家标准规定其原料以木屑、 木炭或其它木质材料 为原料， 采用化学法或物理法活化工艺制成的粉状活 性炭
［ ２ ］
图２ 化学活化法制备活性炭工艺流程简图
化学活化法实质是化学试剂镶嵌入炭颗粒内部 结构中作用而开创出丰富的微孔。按活化剂不同分 Ｚ ｎ Ｃ ｌ 法、 Ｈ Ｏ Ｋ Ｏ Ｈ 法。这三种方法中前两种 ２ ３Ｐ ４法、 工艺较成熟， 活化作用体现在促进热解反应过程， 形 成基于乱层石墨结构的初始孔隙； 填充孔隙， 避免焦
５ ］ 油形成， 清洗除去活化剂后留下发达的孔ห้องสมุดไป่ตู้构 ［ 。
４ ］ ０ ０～ ９ ０ ０℃ 之间 ［ 。其工艺特点是活 温度一般在 ８
化温度高、 时间长， 能耗高， 但反应条件温和， 对设备 材质要求不高， 对环境无污染。 １ ． ２ ． ２ 化学活化法的制备方法 将原料与化学试 剂（ 活化剂） 按一定比例混合浸渍一段时间后， 在惰 性气体保护下将炭化和活化同时进行的一种制备方 法。工艺流程如图 ２所示。
活性炭材料在废气净化中的应用研究
活性炭材料在废气净化中的应用研究引言随着工业的快速发展，大量的排放物质已经给环境带来了不可忽视的影响。
因此，通过技术手段减少空气污染已经成为了一项重要的任务。
活性炭材料凭借着其优秀的吸附性能和多样的制备方法，在废气净化中有着广泛的应用前景。
本文将综述目前活性炭材料在废气净化中的应用研究现状及未来发展方向。
一、活性炭材料的吸附性能活性炭材料以其优秀的吸附性能对空气中的有害物质进行去除，针对各种废气中污染物的特性，优化活性炭材料制备方法和配方可提高其吸附性能：1. 孔径和比表面积：活性炭的吸附性能主要在于孔径和比表面积。
微孔结构可提高吸附剂的比表面积和孔径分布、降低吸附剂呈现迁移现象和维持吸附剂的活性。
2. 处理方法：化学活化法可以最大化活化炭的孔径和比表面积。
催化剂也常用于提高吸附剂的性能。
二、活性炭材料在废气净化中的应用现状活性炭材料在废气净化中的应用已经有了一定的发展，应用有以下几方面：1. 对有机废气的净化：某些活性炭材料对苯酚、氯苯甲烷等有机物质有良好的吸附效果。
2. 对冬季的采暖系统中的空气中的VOCs的去除：活性炭被用于清除VOCs，通常是通过将空气通过吸附剂进行处理，再排出。
3. 对水处理的应用：活性炭材料还可以用于水的处理。
活性炭能够吸附化学反应工程中的有机物质，味道和可溶性的化学品。
三、活性炭材料在废气净化中的应用前景1. 更好的孔径和比表面积：通过研究活性炭材料制备技术方法，可以更好地控制其孔径和比表面积，从而提高其吸附性能。
2. 更多的负载材料：负载活性炭材料中加入小颗粒的调节剂可以实现吸附组分的高效分离和净化。
3. 更好的制备方法：随着人们对活性炭材料制备方法的不断研究，将会有更多的制备方式可以研制出更优质的活性炭材料。
在未来，活性炭材料将更广泛地应用于空气和水的净化中。
同时，活性炭材料与其他材料的复合，如纳米材料、有机/无机杂化材料、现代聚合物材料等都将推动活性炭材料的发展。
活性炭制备及机理分析
物理活化
物理活化是指利用物理手段对原料炭进行活化处理，如机械搅拌、高频振动、 微波辐射等。这些物理手段可以促进炭的表面官能团的形成和扩展，同时也可以 增加活性炭的孔隙结构和比表面积。
生物活化
生物活化是指利用微生物对原料炭进行活化处理，常用的微生物有细菌、真 菌和酵母等。生物活化可以在一定程度上提高活性炭的吸附性能，但其效果通常 不如化学活化和物理活化。
未来研究方向应包括优化制备工艺、发掘新型的活性炭材料、提高活性炭的 性能等方面。同时，加强废弃物资源化利用研究，为实现活性炭的绿色制备提供 技术支持和理论指导。
参考内容
活性炭是一种广泛使用的吸附材料，具有高比表面积、高孔隙率、良好的吸 附性能和耐腐蚀性等特点。由于其独特的性质，活性炭被广泛应用于水处理、空 气净化、脱硫脱硝、溶剂回收等领域。近年来，随着人们对活性炭研究的深入， 其应用领域不断拓展，因此对活性炭制备及机理分析的研究也变得越来越重要。
接枝改性
接枝改性是指利用化学反应将其他有机分子或聚合物接枝到活性炭表面，以 改善其吸附性能。常用的接枝分子或聚合物有有机酸、有机胺、聚合物等。接枝 改性可以增加活性炭表面的极性和亲水性，从而提高其吸附性能。
活性炭应用
活性炭因其良好的吸附性能和稳定性而广泛应用于各个领域。以下是活性炭 的主要应用领域及现状：
优质活性炭制备及机理分析
01 引言
目录
02 制备方法及工艺参数
03
活性炭性质及评价指 标
04 制备机理分析
05 结论
06 参考内容
引言
活性炭是一种广泛应用的多孔炭材料，具有高比表面积、高吸附性能和良好 的物理化学性能。由于这些特性，活性炭在许多领域中都有重要的应用，如水处 理、空气净化、脱硫脱硝、溶剂回收等。随着科技的不断发展，对活性炭的性能 和品质要求也不断提高。因此，研究优质活性炭的制备及机理分析具有重要意义。
酚醛树脂基多孔炭的制备及应用研究进展_黄婧
［１］ 图 １ 酚醛树脂基球形活性炭 Ｓ ＥＭ 图 １
Ｆ ｉ １Ｓ ｂ ａ ｓ ＥＭ ｉ ｍ ａ ｅ ｓ ｏ ｆ ｈ ｅ ｎ ｏ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ － ｇ ｇ ｐ ［ １ １］ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｓ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ， 提高了 同时 预氧化反应促进酚醛树脂微球固化 ， 所制备球形活 性 炭 的 热 稳 定 性 。 此 外 ， 清华大学康飞
包括聚乙二醇 、 聚乙烯缩丁醛 、 聚苯乙烯等 。 、 康飞宇课题组 也 研 究 了 造 孔 剂 聚 乙 二 醇 （ Ｐ Ｅ Ｇ） 聚乙烯缩丁醛 （ 对酚醛树脂基多孔炭孔结构的影 Ｐ Ｖ Ｂ） 响 。 研究发现 ， 在线性酚醛树脂中添加一定量的聚乙 二醇 可 以 增 大 所 制 备 多 孔 炭 的 中 孔 孔 容 和 比 表 面 ２ ７］ 。 他们联合 使 用 造 孔 剂 Ｐ 积［ Ｖ Ｂ 制备的酚 Ｅ Ｇ和Ｐ 醛树脂基多 孔 炭 比 表 面 积 达 到 １ ６ ６ ３ ｍ／ ｇ
大量新孔 ， 利于活化剂进一步深入反应 ， 显著促进了所 制备活性炭多孔结构的形成 。 图 １ 给出了未经空气处 理和经过空气处理后的活性炭 Ｓ ＥＭ 图 。
２ 酚醛树脂基多孔炭的制备
酚醛树脂基多 孔 炭 的 制 备 ， 首先是在惰性气体保 护下将酚醛树脂进行炭化 。 经过炭化后的活性炭孔隙 结构简单 ， 需要进 一 步 活 化 ， 以 增 大 其 比 表 面 积， 拓宽 孔道 。 活化方法包括化学法和物理法两类 。 化学法是 将化学药品和活性炭混合 ， 在惰性气体的保护下 ， 经化
６ ０ １ ０ １
） 卷 ５ 年第 １ 期 （ ４ ６ ２ ０ １
（ ） 文章编号 ： ９ ７ ３ ０ １ ０ ０ ６ １ １ ２ ０ １ ５ ０ １ １ ６ １ ０ ０ － － －
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究1. 本文概述随着现代科技的发展，能源存储技术正面临着前所未有的挑战和机遇。
超级电容器作为一种重要的能源存储设备，因其高功率密度、快速充放电能力、长寿命周期和环境友好性而受到广泛关注。
在超级电容器的构造中，复合电极材料的研发尤为关键，其直接决定了超级电容器的电化学性能和整体效能。
本文旨在探讨超级电容器复合电极材料的制备方法及其电化学性能。
本文将对目前广泛研究的几种复合电极材料，如碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，进行系统的综述。
这些材料在超级电容器中的应用优势和面临的挑战将被详细讨论。
接着，本文将重点介绍几种创新的复合电极材料制备技术，包括化学气相沉积、水热合成、溶胶凝胶法等。
这些方法在制备过程中对材料结构和形貌的控制，以及对电化学性能的影响将被深入分析。
本文将通过实验数据，评估所制备的复合电极材料在超级电容器中的实际应用性能，包括比电容、能量密度、循环稳定性等关键指标。
通过这些研究，本文旨在为超级电容器复合电极材料的发展提供新的视角和技术路径，推动能源存储技术的进步。
2. 文献综述超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的能量存储设备。
它们的主要特点是具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力。
超级电容器的储能机制主要是双电层电容，涉及电极材料与电解质之间的电荷分离。
这一领域的研究起始于20世纪50年代，随着材料科学和电化学技术的进步，超级电容器在能量存储领域的重要性日益凸显。
超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的性质。
近年来，研究者们广泛关注复合电极材料，因其能够结合不同材料的优点，从而提高超级电容器的整体性能。
常见的复合电极材料包括碳基材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料通过不同的复合策略（如物理混合、化学接枝、层层自组装等）进行组合，旨在提高比电容、能量密度和循环稳定性。
电化学性能是评估超级电容器电极材料的关键指标。
金属负载活性炭的制备与应用技术研究进展
织、冶金、印染等工业部门以及农业、医药、环保、国防等诸多领
业利用效果的提升和可持续发展提供基础ꎮ
域中ꎬ染料的脱色、精制、回收、分离、废水及废气处理、饮用水
２ 活性炭的改性
深度净化、催化剂、催化剂载体以及防护等各个方面都离不开
活性炭的作用 [１] ꎮ 随着科技的进步和经济的发展ꎬ对活性炭的
ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎꎻｍｅｔａｌ ｌｏａｄｅｄꎻｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
１ 引言
用的改性方法有物理法、化学法、金属负载法等ꎮ 本文从提升
活性炭的使用效果出发ꎬ简要的介绍了常见了活性炭改性手
活性炭作为一种优质多孔炭材料ꎬ广泛用于食品、化工、纺
Ｐｄ 负载量为 １. ２％ 、Ｃｕ 负载量为 ０. ７２％ ( 均为质量分数) 时ꎬ催
含量增加易产生更多的 表 面
含氧官能团ꎬ提高活性炭的酸
利用化学物质与活性炭进一步反应ꎬ从而创 表面氧化改性
性强度ꎮ
造出更丰富、更合理孔隙结构ꎮ
表面还原改性
在活性炭表面增加表面 含 氧
碱性基团和羟基官能团ꎬ提高
活性炭的表面非极性ꎮ
微波改性、等离子体改性、热解改性
特点
优点:无污染ꎬ无腐蚀性ꎻ缺点:能耗高ꎬ
其中金属负载法是采用浸渍、溶胶凝胶等方法使特定的金
既优化调整了孔隙结构ꎬ又对其表面化学性能进行了改善ꎮ 更
重要的是ꎬ当活性炭作为催化剂载体而使用时ꎬ不同金属的负
载会对有不同的催化用ꎬ所以ꎬ金属负载活性炭的制备在活性
炭的使用领域有着十分重要的意义和价值ꎮ
我国煤基活性炭生产技术现状及发展趋势
我国煤基活性炭生产技术现状及发展趋势蒋煜;刘德钱;解强【摘要】Activated carbon has been widely used in the field of environmental protection,especially the coal-based activated carbon used in watcr treatment has become the main product of activated carbons.A critical review on status of technology and equipment for coal-based activated carbon production was presented.In addition,the approaches to regulating pore structure of coal-based activated carbon were summarized.Finally,the development trend of coal-based activated carbon industry was briefly analyzed.The results show that with the popularization of the preparation technology of activated carbon by briquetting method and application of multiple hearth furnace,production of coal-based activated carbon on large scale becomes a reality and it is possible to prepare diversified and specialized coal-based activated carbon by coal blending,introducing additives in raw coal and optimizing carbonization and activation process parameters.%活性炭在环保领域得到日益广泛的应用,尤其是水处理用煤基活性炭已成为活性炭的主流产品.综述性评价了煤基活性炭主要生产技术及设备的现状,总结了煤基活性炭孔结构调控的方法,分析了煤基活性炭产业的发展趋势.结果表明,压块活性炭生产技术的推广和多膛炉的应用使得煤基活性炭生产规模大型化成为现实,通过配煤、添加剂和优化炭化、活化工艺参数可以制备出多样化和专用化的煤基活性炭.【期刊名称】《洁净煤技术》【年(卷),期】2018(024)001【总页数】7页(P26-32)【关键词】煤基活性炭;水处理;生产工艺;孔结构调控【作者】蒋煜;刘德钱;解强【作者单位】中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083;大同煤矿集团有限责任公司,山西大同037003;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TQ424.10 引言活性炭是一种通过对含碳材料进行加工制得的具有发达孔隙结构和巨大比表面积的炭质多孔材料,具有优异吸附性能、良好化学稳定性等优点,广泛应用于食品、制药、医药卫生及环保等领域[1-2]。
化工中级职称答辩自述
化工中级职称答辩自述各位教师，上午好!我叫XX，是XX级XX班的学生，我的论文题目是《高比外表积成型活性炭的制备及其性能研究》。
论文是在周颖导师的悉心指点下完成的，在这里我向我的导师表示深深的谢意，向各位教师不辞辛苦参加我的论文辩论表示衷心的感谢，并对三年来我有时机聆听教诲的各位教师表示由衷的敬意。
下面我将本论文设计的目的和主要内容向各位教师作一汇报，恳请各位教师批评指导。
首先，我想谈谈这个毕业论文设计的目的和意义。
成型活性炭以其优良的性能和广阔的应用前景，正在吸引越来越多研究者的关注。
制备高性能的成型活性炭，现有的研究结果并不理想，所制备的成型活性炭仍然难以同时具有高吸附性能和较好的机械强度。
成型活性炭制备过程中影响因素较多，粘结剂的种类和用量、粉末活性炭的孔构造和外表化学性质、添加剂和成型工艺都会影响成型活性炭的构造和性能。
因此，如何通过对制备方法的选择以及成型工艺的优化，制备出高综合性能的成型活性炭，以满足不同应用领域的各种需求，仍然需要进展深化研究。
在现有的文献报道中，研究者更多的关心各种因素对成型活性炭吸附性能的影响，对成型过程粘结剂和粉末活性炭之间的作用机理却少有报道。
然而，压缩成型过程颗粒之间的互相作用，热处理过程粘结剂和粉末活性炭的外表界面作用，都对成型活性炭的构造和性能有着重要影响。
因此，详细考察成型过程并提出相应的成型机理对成型活性炭的研究有着指导性的意义。
本文工作是国家重点根底开展规划工程/XXX方案工程、国家自然科学基金工程以及国家高技术研究开展方案XXX工程资助课题的部分工作。
在综述了成型活性炭的制备方法以及对其性能的影响因素的研究成果的根底上，选用适宜的粘结剂和制备方法对高比外表积粉末活性炭成型的可行性和普适性进展了深化研究。
本文的详细研究内容主要包括以下几个方面：以商业高比外表积成型活性炭为原料，分别选用Bl和BZ作粘结剂，制备成型活性炭，考察粘结剂和成型过程工艺参数对产品性能的影响;在此根底上，选用综合性能较好的成型活性炭，初步考察其在挥发性有机气体苯吸附中的应用;在课题组前人工作的根底上，以煤炭直接液化残渣为原料，制备粉状活性炭，添加BZ作粘结剂，制备煤液化残渣基成型活性炭;对成型过程进展相关表征，讨论粘结剂和粉末活性炭的作用机理。
超级电容器用活性炭电极材料的研究进展
超级电容器用活性炭电极材料的研究进展*邢宝林,谌伦建,张传祥,黄光许,朱孔远(河南理工大学材料科学与工程学院,焦作454003)摘要 活性炭因具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材料已得到广泛应用。
论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对超级电容器电化学性能的影响,介绍了活性炭电极材料的最新研究进展,展望了其应用前景,指出寻找新炭源及活化技术、探索活性炭孔结构和表面性质的有效控制手段、开发活性炭复合材料等是该领域今后研究的重点方向。
关键词 活性炭 电极材料 超级电容器 电化学性能中图分类号:TQ424.1;T M 53 文献标识码:AResearch Progress of Activated Carbon Electrode Material for SupercapacitorXING Baolin,CHEN Lunjian,ZHAN G Chuanxiang,H U ANG Guangxu,ZHU Kongyuan(Institute of M ater ials Science and Eng ineering ,H enan Po ly technic U niver sity,Jiaozuo 454003)Abstract A ct ivated car bo n has been used w idely as the supercapacit or elect rode mat erial for its easy av ailabil-i ty,lo w cost,high specific sur face ar ea,excellent elect rical co nductivit y and chemical st abilit y.T he w orking pr inciple of super ca pacito r w ith activ ated carbon as electro de and effect of phy sicochemica l propert ies o f activated carbon on electro chemical perfor mance of supercapacit or ar e discussed,recent r esear ch adv ances and a pplicat ion pr ospect of act-i vated car bon electro de mater ial ar e highlighted.T he fo cus of fut ur e r esear ch such as search for new r aw materials and activat ion technolog y for activat ed carbon,ex plo ring an effectiv e method to contro l t he por e structur e and surface propert ies o f activat ed carbon and develo pment of activated car bo n co mpo site are also po inted o ut.Key words activated car bo n,electr ode mater ial,super capacito r,electro chemical per formance*河南理工大学学位论文创新基金资助(2009-D -01);河南理工大学博士基金资助(648216)邢宝林:男,1982年生,博士研究生,主要从事洁净煤技术及炭材料方面的研究 E -mail:baolinx ing @ 谌伦建:通讯作者,男,1959年生,博士,教授,博士生导师,主要从事矿产资源利用及炭材料方面的教学和研究工作 E -mail:lunjianc@0 引言超级电容器(Supercapacitor)又称电化学电容器(Elec -t rochem ical capacitor),是一种介于普通电容器与电池之间的新型储能元件,兼有普通电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点,且充电速度快,循环寿命长,对环境无污染,广泛应用于各种电子产品的备用电源及混合动力汽车的辅助电源[1,2]。
活性炭纤维研究与应用进展_程祥珍
第21卷 第2期V ol 121 N o 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第82期Apr.2003文章编号:10042793X (2003)022*******收稿日期:2002208211;修订日期:2002210223作者简介:程祥珍(1977-),女,国防科技大学航天与材料工程学院博士生,现从事高性能S iC 纤维研究.活性炭纤维研究与应用进展程祥珍,肖加余,谢征芳,宋永才(国防科技大学航天与材料工程学院CFC 重点实验室,湖南长沙 410073) 【摘 要】 活性炭纤维(ACF )是由有机纤维先驱体制得的一种理想的高效吸附材料。
ACF 以其特殊的表面化学结构和物理吸附特性广泛应用于环境保护、电子工业、化工、医疗卫生、低成本S iC 纤维制备等领域。
本文就ACF 的结构与吸附特性、制备与应用等做了较系统的综述,并对其发展趋势做出了展望。
【关键词】 活性炭纤维;制备;结构;吸附特性;应用中图分类号:T Q342+174 文献标识码:AR esearch and Application Progress of Activated C arbon FiberCHENG Xiang 2zhen ,XIAO Jia 2yu ,XIE Zheng 2fang ,SONG Yong 2cai(College of Aerosp ace &Materials E ngineering ,N ational U niversity of Defense T echnology ,Ch angsh a 410073,China)【Abstract 】 As high effective ideal ads orbents ,activated carbon fibers (ACF )are prepared from the precurs ors of s ome organicfibers.Due to the special sur face structure and ads orption properties ,ACF are widely used in the fields such as environmental protection ,electronic industry ,medical treatment ,chemical engineering ,and low 2cost S iC fiber.The microstructures ,ads orptionproperties ,preparation methods ,and applications of activated carbon fibers are briefly reviewed.Meanwhile ,the next research objective is prospected.【K ey w ords 】 activated carbon fiber ;preparation ;structure ;ads orption properties ;application1 前 言活性炭纤维(Activated Carbon Fiber ,ACF )作为一种理想的高效吸附材料,是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的,是继粉状和粒状活性炭(G ranularActivated Carbon ,G AC )之后的第三代活性炭产品[1～4],并以其特殊的表面化学结构和物理吸附特性广泛应用于环保、电子、医用卫生、化工等领域。
活性炭吸附技术对VOCs净化处理的研究进展
活性炭吸附技术对VOCs净化处理的研究进展＊余倩，邓欣，李俊，李聪，余林，王运佳，沈丽斯【摘要】介绍了VOCs的概况，简述了各种治理方法，包括热破坏法、吸附法、吸收法、光催化降解法、冷凝法和生物控制法.在此基础上，以活性炭吸附为重点，探究了活性炭吸附技术的应用和发展现状.【期刊名称】材料研究与应用【年(卷),期】2010(004)004【总页数】4【关键词】挥发性有机废气；活性炭；吸附【文献来源】https:///academic-journal-cn_materials-research-application_thesis/0201221535744.html挥发性有机废气（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指空气中存在的，在室温下蒸汽压大于70.91 Pa，沸点低于260℃的挥发性有机物质.包括烷烃、VOCs芳香烃、烯烃、醇类、醛类、酮类、卤代烃.VOCs具有毒性、致癌性危害人体健康，而且还能通过光化学反应产生光化学烟雾，是空气污染的主要污染物之一［1］.1 VOCs的净化处理技术目前，对VOCs的治理方法主要有热破坏法、吸附法、吸收法、光催化剂降解法、冷凝法和生物控制等方法.1.1 热破坏法热破坏法分为直接火焰燃烧法和催化燃烧法.虽然直接火焰燃烧法对VOCs的去除率可达99%，但由于在大多数情况下，VOCs的浓度较低，通量较大，在没有辅助燃料时不足以燃烧，实用意义不大.催化燃烧法适合处理量大、浓度低的有机废气.催化燃烧能耗低、效率高，转化率在95%以上，不易生成高温下的二次污染物如二噁英、氮氧化物等［2］.催化燃烧的关键是研发起燃点低、催化活性高、稳定价廉的催化剂.目前，国内外已有不少学者对它展开了研究工作［3－5］.Kim 等人研究了Pt，Pd的原子比例对Pt－Pd／γ－Al2 O3 催化剂活性和稳定性的影响，发现恰当的Pt－Pd原子比例可以促进Pt和Pd的协同作用，提高催化剂的活性和稳定性.国内学者余凤江等人采用共沉淀法制备了Cu－Mn－Ce－Zr复合氧化物催化剂，考察了对苯燃烧的催化活性，结果表明，该催化剂具有优良的催化活性，完全转化温度只有182℃.1.2 吸附法吸附法具有效率高、净化彻底、易于推广实用、环境效益和经济效益良好等优点.目前最成熟的吸附系统是1977～1979年在日本开发成功的蜂窝轮吸附.经过多年的改善，蜂窝状吸附轮的性能得到了不断的提高.Mitsuma Y等人提出的制造蜂窝轮新方法［6］，能够使VOCs的去除率高达90%～95%.吸附法处理废气的关键是吸附剂.常用的有活性炭、活性氧化铝、硅胶、人工沸石等.另外，据张洪林等人的研究，炉灰渣也可以作为吸附材料［7］.由于吸附剂容易失效，频繁更换所导致的高额费用是限制吸附法推广应用的瓶颈.1.3 吸收法采用吸收法治理气态污染物在无机污染物治理中得到了广泛的应用.但对于有机废气，由于其水溶性一般不好，因而应用不太普遍.目前吸收有机气体的主要吸收剂是油类物质，但也有人另辟新径.日本的上殊勇等人根据环糊精对有机卤化物亲合性极强的特性，以环糊精的水溶液作为吸收剂对含有机卤化物的有机废气进行吸收.这种吸收剂具有无毒不污染，捕集后解吸率高，可反复使用的优点.1.4 光催化降解法1972年日本的Fujishima和Hondal发现TiO2单晶电极分解水，标志着纳米半导体多相光催化新时代的开始.国外通常采用TiO2粉末作为光催化剂降解苯系物.美国KSE公司开发出一种专利催化吸附剂，通过光催化氧化处理VOCs.刘亚兰等人将纳米TiO2与活性炭纤维复合，用来降解甲醛，进一步提高了净化效率［8］.利用TiO2作为光催化剂净化空气的技术在国外已逐渐成熟，但国内的研究较少，近几年在做初步实验研究和动力学探讨.1.5 冷凝法利用VOCs在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸气压的性质，采用降低系统温度或提高压力，使VOCs从废气中分离.实验表明，冷凝法对沸点在60℃以下的VOCs的去除率为80%～90%.此法适用于VOCs浓度大于5%的情况，对VOCs浓度太低的废气处理效果不理想.1.6 生物控制法生物控制法是近年来发展起来的空气污染控制技术，其实质是附着在生物填料介质上的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的污染物作为碳源和能源，维持其生命活动，并将它们分解为CO2和H 2 O等无害无机物的过程，目前在发达国家已是成熟的工艺，是处理含VOCs废气的首选技术.在国内，生物控制法的优越性也日益被人们所认识.浙江大学采用自主研制的新型复合生物滤塔，耦合净化处理某制药厂含H 2 S（166.0～891.5 mg／m3）和挥发性VOCs （100.0～1051.1 mg／m3）的混合废气［9］.由于复合生物滤塔同时具备了生物滴滤塔（BTF）和生物过滤塔（BF）的优点，在处理含H 2 S和VOCs混合废气时具有高效、节能、低耗等明显优势.2 活性炭吸附VOCs活性炭的炭粒中有细小的孔——毛细管.这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体充分接触，当这些气体进入毛细管就很容易被吸附，起净化气体作用.活性炭吸附多为物理吸附，过程可逆.当吸附达到饱和后可用热空气或水蒸气脱附，实现活性炭的循环使用.在实际应用中需根据被吸附分子的大小选择不同孔径的活性炭.吸附过程常采用两个吸附器，当一个进行吸附时，另一个进行脱附，以保证吸附过程的连续［10］.活性炭吸附法最适合处理浓度为（300～5000）×10－6的有机废气，但是也有一定的使用限制.部分含酮、醛、脂等高活性物质会与活性炭反应，使得活性炭炭孔堵塞而无法使用.此外，活性炭容易饱和，导致吸附效率低，频繁更换导致的费用增加也限制了它的推广应用.为了克服上述缺点，人们正在寻找行之有效的活性炭表面改性方法.2.1 改性活性炭常用的改性方法有氧化、还原及负载杂原子和化合物等.氧化改性法使用 HNO3，H 2 SO4，HCl，HClO，HF，H 2 O2和O3等强氧化剂处理活性炭表面，提高酸性基团的含量.华东理工大学研究所对蜂窝状活性炭的吸附性能进行了改性研究.研究结果表明，活性炭经盐酸处理后可以提高活性，延长穿透时间.这是因为酸可以去除活性炭中无吸附能力的灰分.但酸的浓度不能太高，否则会破坏活性炭的部分微孔结构，造成吸附性能下降［11］.Chiang等人对活性炭进行臭氧氧化后，测定活性炭的比表面积从（783±51）m2／g增加到（851±25）m2／g.还原改性是对活性炭用H 2和N2进行高温处理或氨水浸渍，提高活性炭表面碱性基团的含量.如高尚愚采用还原法对活性炭进行改性，增强了其对苯酚的吸附能力.负载杂原子及化合物则是通过液相沉积的方法在活性炭表面引入特定杂原子和化合物，增强活性炭的吸附性能.Chiang采用Mg（NO3）2和Ba（NO3）2处理活性炭，增加了活性炭对醋酸的吸附容量.为了达到特定的吸附目的，人们还研究出了其它的改性方法.如针对高湿度应用条件，可将活性炭改性为表面疏水.日本的Nakanishi Yoichiro将活性炭用三甲基氯硅烷汽化处理一定时间后，再撤离气氛，然后在真空下加热活性炭，就可制得表面疏水的活性炭.名古屋大学的KATANI MASANOBU等人为了提高活性炭在低温条件下的化学活性，在678～873 K的温度下，加入NaOH和KOH （与活性炭的重量比为1～4），然后再用浓度为1～13 mol／L的硝酸处理12～24 h，最后用水清洗、干燥，获得了在低温条件下具有较高活性的活性炭.为了提高对SO2的吸附容量，大连理工大学对活性炭进行了改性制备.首先对活性炭进行预处理：将杏仁壳活性炭用蒸馏水煮沸1 h，再于90℃下真空干燥3 h.按照等体积浸渍法（1 m L的溶液对应1 g活性炭）将一定量的质量分数分别为2%，5%，8%，10%和12%的改性试剂担载到活性炭上，在110℃下烘4 h.结果表明，将 Na2 CO3，Na HCO3，NaOH 和K2 CO3担载到活性炭上均能有效地提高活性炭的硫容量，其中w（Na2 CO3）＝10%的改性活性炭的硫容量最大.扶江、张远等人采用浸渍改性活性炭对SO2废气脱硫进行实验研究，结果表明：分别经过KI，Zn（NO3）2，HNO3 改性的活性炭的吸附效果较好［12］.荣海琴等人认为热处理可以脱除活性炭表面的杂原子而在表面留下许多活性位，从而提高吸附容量，实验结果表明，适合的热处理温度为500℃.2.2 活性炭纤维活性炭纤维是20世纪70年代发展起来的一种新型、高效、多功能的纤维状吸附材料［13］，它具有大量分布的狭窄和均匀的微孔及巨大的比表面积，对有机物的吸附容量大，吸附效率高，且吸脱附速度快，再生容易，并耐热、耐酸、耐碱，适应性强，导电性和化学稳定性好，且可加工成任何形状，具有广阔的应用前景［14］.纤维状活性炭是由各种高分子纤维，如纤维素系、丙烯晴系、酚醛系纤维、沥青系、聚乙烯醇系经碳化、赋活处理而制成.所得活性炭纤维的比表面积为1000～3000 m2／g，单位质量所含细孔体积为0.6～1.9 cm3／g，孔径均一，大部分为适合气体吸附的0.002μm的小孔，因此具有更有效的比表面.活性炭纤维的孔道比普通活性炭的短，使吸附脱附的速率提高［15］.据文献记载，活性炭纤维的吸附脱附能力为一般粒状、粉末状活性炭的400倍以上.许多工程实践都证明，活性炭纤维对有机废气的吸附可达92%～98%，而且使用寿命长，在同等条件下，其寿命是普通颗粒活性炭的3～4倍，使设备的年均使用费用大大降低.日本在1993年就申请了合成纤维状活性炭的专利，其中酚醛系活性炭纤维制法是：将酚类和醛类化合物在酸性催化剂作用下反应生成可溶可熔酚醛树脂，纺丝制成尚未硬化的酚醛树脂纤维，在酸性催化剂作用下与甲醛作硬化处理，然后在1100～1200℃下炭化、活化即可制成高性能活性碳纤维.其中炭化条件直接影响到产品的产率和性能，随炭化温度的升高，表面积增大而平均孔径则有所下降.活化反应是使活性碳纤维生成丰富的微孔及形成含氧官能团的主要过程，活化温度对活性炭纤维的性能影响较大，可通过选择合适的前驱体、活化剂、反应条件等来调整孔的结构和比表面的大小.P Navarri等人利用碳纤维材料对二甲苯和乙酸乙酯进行吸附处理，着重研究了不同碳纤维、纤维层数、不同气体以及气体浓度间的关系对吸附效果的影响，取得了一定的成果.孙彤等人用活性炭纤维作为吸附材料，以恒温恒压的空气作载气，考察了温度、气体流速、气体浓度3个因素对吸附量的影响.结果表明，温度对活性炭纤维的平衡吸附量的影响最大，随着温度的升高，活性炭纤维对醋酸丁酯的平衡吸附量下降.对活性炭纤维进行改性，可满足对特定物质的高效吸附转化［8］.由于炭的表面原子呈不饱和结构，有其独特的表面化学性能.活性炭纤维在微晶状态下，当温度一定时易于发生氧化反应，使得表面结合羧基、卤素、氮元素等.为了克服高湿度天气的影响，可以通过900℃高温处理来减少活性炭纤维表面的亲水基，提高吸附VOCs的能力.目前，活性炭纤维虽然价格较高，制备工艺还不成熟，但随着研究的深入，活性炭纤维的工艺条件可以得到进一步的完善，从而使它发挥更大的作用.3 结语挥发性有机废气已经越来越严重地影响着人类的生存环境，废气治理的问题已经刻不容缓.相信经过人们的不断努力，日后将会研究出更加先进合理的治理方法.正如美国国家环境保护署（EPA）所指出的，活性炭吸附是去除VOCs“可采用的最好技术”.活性炭作为一种具有强大潜力的吸附剂，经过人们的深入研究，必将在VOCs治理方面发挥更大的作用.参考文献：［1］黎维彬，龚浩.催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展［J］.物理化学学报.2010（4）：885－894.［2］KITTRELL J R，QUINLAN C W，ELDRIDGE J W，et al.Direct catalytic oxidation of halogenated hydrocarbons［J］. 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生物炭应用技术研究
生物炭应用技术研究随着科学技术的发展，生物炭作为一种新型材料，其独特的性质和广泛的应用逐渐受到人们的。
生物炭是由生物质经过热解或气化制得的炭素材料，具有多孔性、高比表面积和良好的吸附性能。
本文将详细探讨生物炭的应用技术研究，希望为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
1、生物炭的概念和特点生物炭是以生物质为原料制备的一种炭素材料，其制备过程主要涉及热解或气化。
生物炭具有发达的孔隙结构和较高的比表面积，这使得它具有优异的吸附性能和反应活性。
此外，生物炭还具有来源广泛、可再生、可生物降解等优点，使其在多个领域具有广泛的应用前景。
2、生物炭在环保领域的应用生物炭在环保领域具有重要作用。
作为一种高效的吸附剂，生物炭可用于水中重金属离子和有机污染物的去除。
同时，生物炭还可以用于土壤修复，改善土壤环境，提高土壤肥力。
研究表明，生物炭可以提高土壤中微生物的活性，促进土壤营养元素的循环利用。
3、生物炭在医学领域的应用生物炭在医学领域也有着广泛的应用。
生物炭具有优异的生物相容性和生物可降解性，可用于药物载体、组织工程和再生医学等领域。
以生物炭为载体的药物制剂，可以提高药物的生物利用度和疗效，降低不良反应。
同时，生物炭在肿瘤治疗、伤口愈合和骨组织工程等方面也有着重要的应用。
4、生物炭在工业领域的应用在工业领域，生物炭也具有广泛的应用。
由于生物炭具有较好的吸附性能和反应活性，可作为一种高性能的吸附剂和催化剂。
在化工、能源、水处理等领域，生物炭可用于有毒有害物质的去除、废水处理、能源生产等方面。
同时，生物炭还可用于制备高分子材料、纳米材料等领域。
5、生物炭与其他相关技术的比较与其他相关技术相比，生物炭具有其独特的优势。
例如，与活性炭相比，生物炭具有更高的比表面积和孔隙结构，吸附性能更为出色。
同时，生物炭的制备成本低廉，可再生，具有更好的环境友好性。
与合成炭相比，生物炭具有更好的生物相容性和生物可降解性，更适用于医疗、环保等领域。
污泥活性炭的热解制备及应用研究进展
污泥活性炭的热解制备及应用研究进展污泥活性炭的热解制备及应用研究进展引言污泥是城市生活废水处理的产物，含有大量的有机物质和重金属离子等污染物。
传统的处理方法往往无法彻底去除污泥中的这些有害物质，会造成二次污染的隐患。
活性炭作为一种能够吸附有机物质和重金属离子的有效材料，逐渐受到人们的关注。
本文将对污泥活性炭的热解制备及应用进行综述。
一、污泥活性炭的制备方法1. 物理热解法物理热解法是将污泥样品通过高温处理，使其转化为活性炭。
常用的物理热解方法有高温燃烧、高温蒸汽处理等。
这些方法能够有效去除污泥中的有机物质和水分，使得污泥得到破坏和膨胀，生成具有活性的炭材料。
2. 化学热解法化学热解法是在物理热解的基础上，引入化学物质进行处理。
常见的化学热解方法有碱熔法、酸处理法等。
这些方法能够在高温条件下，促使污泥中的有机物质和重金属离子转化为可吸附的物质，并且能够调控活性炭的孔径和孔隙结构，提高其吸附性能。
二、污泥活性炭的应用1. 水处理污泥活性炭广泛应用于水处理领域，主要用于去除水中的有机物质、异味物质和重金属离子等。
由于其具有较大的比表面积和孔隙结构，能够有效吸附污染物质，使得水质得到净化和提升。
2. 空气净化污泥活性炭还可以用于空气净化领域。
它能够吸附空气中的有害气体和异味物质，如二氧化硫、甲醛等。
通过调节活性炭的孔径和孔隙结构，可以提高其去除空气中有害物质的效果。
3. 废气处理在工业生产中，常常会产生大量的有害气体和污染物。
污泥活性炭可以作为吸附剂，用于废气处理领域。
它能够快速吸附废气中的有机物质和重金属离子，达到净化废气的目的。
4. 能源回收污泥活性炭在热解制备过程中，产生的热能可以被回收利用。
通过高温燃烧，可以将污泥转化为炭燃料，进一步提高资源利用效率。
结论污泥活性炭作为一种有效的吸附材料，已经广泛应用于水处理、空气净化、废气处理等领域。
不同的制备方法和处理条件会对活性炭的吸附性能产生影响。
因此，在进一步的研究中，需要探索更为高效的制备方法，并且优化其吸附性能，以满足不同领域的需求5. 土壤修复污泥活性炭在土壤修复中也有广泛的应用。
活性炭制备及其活化机理研究进展
活性炭改性
为了提高活性炭的吸附性能或满足特定应用需求，通常需要对活性炭进行改 性处理。改性方法主要包括氧化、还原、掺杂、接枝等。
氧化改性
氧化改性是指利用氧化剂对活性炭进行改性处理，常用的氧化剂有臭氧、过 氧化氢等。氧化改性可以增加活性炭的表面官能团数量和种类，从而提高其研究和实际应用中都具有重要意义。通 过对制备工艺和机理的深入了解，可以更好地优化活性炭的性能，拓展其应用领 域。随着科技的不断进步和研究技术的不断创新，未来对活性炭制备及机理的研 究将更加深入和精细化，为实现活性炭的高效制备和广泛应用奠定坚实基础。
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热解法是以有机物为原料，在高温下热解生成活性炭。该方法的优点是产品 比表面积高、孔径分布均匀，但设备投资较大、操作成本较高。
活性炭的制备机理主要涉及物理和化学两个角度。从物理角度来说，活性炭 的制备过程中会发生物理吸附和结晶过程。原料中的有机分子在高温下热解成碳 原子，碳原子进一步聚集形成石墨微晶，最终形成活性炭的物理结构。从化学角 度来说，活性炭的制备过程中会发生一系列的氧化还原反应。原料中的有机分子 在高温下与氧气、氢气等反应，生成二氧化碳、水等无机物，同时碳原子被还原 成石墨结构，进一步形成活性炭的化学结构。
活性炭活化机理
活性炭的活化机理主要涉及表面官能团形成、孔隙结构演变和比表面积增加 等方面。表面官能团形成主要是指炭表面含氧官能团（如羧基、酚羟基等）和含 氮官能团（如吡啶氮、氨基等）的形成过程。这些官能团可以提供额外的吸附点， 提高活性炭的吸附性能。孔隙结构演变主要是指在活化过程中，炭材料内部逐渐 形成和扩展孔隙结构的过程。
基于活性炭制备工艺及机理分析，可以提出以下优化建议：首先，针对不同 原料和不同制备方法，优化反应温度、时间、气氛等参数，以提高产品的吸附性 能和比表面积；其次，添加催化剂或助剂，改善制备过程中的化学反应和物理结 构，从而提高活性炭的孔径分布和比表面积；此外，实现活性炭的表面改性，提 高其在特定应用领域中的吸附性能和稳定性。
生物炭制备及去除抗生素和新烟碱的现状
生物炭制备及去除抗生素和新烟碱的现状摘要生物炭作为一种来源广，廉价的碳材料近年来一直备受人们关注，本文综述了生物炭用以去除抗生素和新烟碱两类难降解有机物的应用现状。
首先生物炭的理化性质与原料，制备温度都密切相关。
其次作为吸附剂，往往通过改性提升生物炭对两类有机污染物的吸附能力，其中磁性生物炭备受研究者们的青睐，这是因为磁性生物炭具有极高的吸附能力，多种机制共同作用吸附过程：孔隙填充，静电作用，氢键。
同时生物炭由于其独特的孔隙性质，光电性能往往可以被用作高级氧化工艺的催化剂，作为载体它可以有效的解决纳米金属的团聚问题，并且其自身兼具吸附能力可以实现协同去除的效果。
可见生物炭可以作为去除抗生素和新烟碱潜在的环境功能性材料。
关键词生物炭；抗生素；新烟碱随着工业化的发展产生了越来越多的废弃物（畜禽粪便，市政污泥，农业废弃物等），它们成分复杂，例如市政污泥含有重金属和有毒物质，畜禽粪便含有重金属和抗生素。
如果不加以有效处理，或将成为环境造成的潜在危害。
生物炭作为废物资源化利用的有效途径，它是生物质残渣（植物，果壳，木屑等）在限氧条件下，经过热解得到的一种芳香化，多孔结构的炭材料，由于其与活性炭结构相似但是成本却低很多，所以近年来备受关注[1]。
而随着经济的发展，水环境中出现了越来越多的新兴污染物，抗生素和新烟碱作为两大类难降解的有机污染物越来越受到人们的重视，这些污染物往往很难被传统的废水处理工艺降解。
吸附法由于其固有的优势（清洁，操作简便，成本低等）被视作有前景的发展方向。
然而直接碳化得到的生物炭比表面积小，吸附性能较差达不到实际应用的需求，所以研究者们往往通过一系列改性方法来提高生物炭的理化性质以此满足常规需要。
此外，有大量研究表明生物炭不仅可作为吸附剂还可以作为催化剂与高级氧化技术（AOPs）联用实现了对有机污染物的高效去除。
所以本文综述了生物炭的制备和改性方法以及去除抗生素和新烟碱的性能，以此为研究者们提供更多的参考。
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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蒋 剑 春 ，孙 康
(中 国 林 业 科 学 研 究 院 林 产 化 学 工 业 研 究 所 ：生 物 质 化 学 利 用 国 家 工 程 实 验 室 ：国 家 林 业 局 林 产
化 学 工 程 重 点 开 放 性 实 验 室 ：江 苏 省 生 物 质 能 源 与 材 料 重 点 实 验 室 ，江 苏 南 京 210042)
A bstract；The domestic and international research progress of activated carbon production and application status in recent twenty years were reviewed. The development of chemical activation and physical activation of activated carbon were summarized, and the latest breakthrough on the integrated production process of physical and chemical activation was introduced. The pollutionfree, low consumption and pretreatment production technology of activated carbon industrial production and the regeneration production technolog}^ of adsorption-saturated activated carbon were briefly described. Meanwhile, the research progresses of its application on gas adsorption, liquid adsorption and catalyst carrier were discussed, too. The existing problems of production and application technology of activated carbon were put fonvard, the development of activated carbon industiy outlet and solutions were clarified, and the future research directions of activated carbon were further pointed out. Key w ords；activated carbon；production；application；researching progress
关 键 词 ： 活 性 炭 :制 备 :应 用 ；发展趋势
中 图 分 类 号 :TQ424
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 =0253-2417(2017)01-0001-13
[ J 引文格式：蒋剑春，孙康.活性炭制备技术及应用研究综述 ] . 林产化学与工业,2017 ,37( 1) :1-13.
吸 附 达 饱 和 活 性 炭 的 再 生 生 产 技 术 ，同 时 总 结 了 活 性 炭 在 气 相 吸 附 、液 相 吸 附 和 作 为 催 化 剂 载 体 等 方 面 的 应 用 进 展 。提出了目
前 活 性 炭 生 产 应 用 技 木 存 在 的 问 题 ，明 确 了 活 性 炭 产 业 发 展 的 出 路 与 对 策 ，指 明 了 活 性 炭 未 来 的 研 究 方 向 。
Review on Preparation Technology of Activated Carbon and Its Application
JIANG Jianchun, SUN Kang
(Institute of Chemical Industiy of Forest Products,CAF；National Engineering Lab. for Biomass Chemical Utilization； Key and Open Lab. of Forest Chemical Engineering,SAF； Key Lab. of Biomass Energ}^ and Material, Jiangsu Province, Nanjing 210042, China)
活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较 大 的 比 表 面 积 和 丰 富 的 表 面 化 学 基 团 ，特 异 性 吸 附 能 力 较 强 的 炭 材 料 的 统 称 。活 性 炭 在 石 油 化 工 、食 品 、医 药 乃 至 航 空 航 天 等 领 域 均 有 广 泛 应 用 ，已 成 为 国 民 经 济 发 展 和 国 防 建 设 的 重 要 功 能 材 料 。近年 来 ，随着环保、新能源等行业的快速发展，功能型活性炭的市场需求激增，我国活性炭的生产量和出口量 均 已 达 到 世 界 第 一 。同 时 ，生 物 质 热 解 固 炭 技 术 也 是 公 认 的 解 决 气 候 变 化 问 题 的 有 效 措 施 之 一 。 因 此 ， 针对活性炭科学研究与产业化开发存在的问题，本论文综述了活性炭制备与应用技术研究现状及发展
摘 要 ： 从活性炭的制备技术和活性炭的应用两方面综述了国内外活性发近2 0 年 的 研 究 进 展 。总结
JIANG Jianchun
了活性炭的化学活化法和物理活化法的发展状况，对制备技术中的最新突破— 物理法-化学法活性炭 一体化生产工艺进行了介绍，并且简述了活性炭工业生产中无公害化、低消耗、预 处 理 的 生 产 技 术 ，以及
第 37卷 第 1期 2017年 2 月
Chem林istry产and化Indu学stry与of F工orest业Products
VoL 37 No. 1 Feb. 2017
j 1 综 述 评 论
Байду номын сангаас
•特遂办文•
doi: 10‘3969/j‘ issn‘0253-2417. 2017‘01 ‘001
活性炭制备技术及应用研究综述