多孔碳材料最近研究进展(共7页)

1、多孔碳材料(cilio)最近研究进展1、碳源/方法(fngf)1Gao等人利用海苔为生物质原料，在500下碳化，之后利用铝酸钠作为活化剂，在500-900下反应，最后盐酸和水洗得到了孔径分布(fnb)集中在1nm和2nm的微孔-介孔碳材料，该材料BET比表面积和孔体积分别为1374.3m2/g和1.150cm3/g。以酸性大红作为吸附质，对合成介孔碳进行吸附研究，根据朗格缪尔模型，介孔碳对酸性大红的饱和吸附量达1000mg/g。(Yuan Gao, et al. Chemical Engineering Journal,274(2015)76-83)2 Akshay Jain等人以洋姜杆作为生

2、物质原料，利用ZnCl2活化法，制备碳材料，在制备过程中加入H2O2，H2O的加入能够使得材料介孔性增强，并通过调节ZnCl2和H2O2的添加比例，得到了孔径集中在20-50nm的双介孔活性炭，该碳材料对水中罗丹明B的饱和吸附量达714mg/g。(Akshay Jain, et al. Chemical Engineering Journal,2015,273:622-629)3Yang等人利用柠檬酸钙在高温700-1000下，分解生成碳酸钙、氧化钙和具有介孔结构的碳材料。把钙溶解在盐酸中形成可回收的氯化钙溶液，该溶液先与氢氧化钠反应，然后加入柠檬酸形成可回收的柠檬酸钙，从而实现钙模板的回收利

3、用。该方法在得到性能较好的介孔碳材料时，避免了二氧化硅等模板脱除造成的化学资源浪费和可能带来的严重环境问题，是一种合成介孔碳材料的绿色新方法。(Yang J, et al. Microporous Mesoprous Mater.,2014,183(1):91-98)4 Feng等人以壳聚糖溶液(rngy)为原料、三嵌段两亲共聚物F127 为软模板(mbn)，采用一步法合成多孔碳材料(cilio)，考察了复配溶液pH 值及碳化温度等条件对材料孔结构、比表面积等的影响。结果表明，材料以介孔为主，比表面积最高达457 cm2/g，氮含量最高达7.60%。 (Feng Miao-na, et al.

4、 The Chinese Journal of Process Engineering,2015,15(3)536-540)5以柠檬酸作为催化剂，在低温水热条件下催化间苯二酚和甲醛的聚合得到了有序的介孔碳材料。合成了具有较高热稳定性，二维六方的孔道结构，孔径约为5.1nm，材料比表面积可达851m2/g。他们开发的研究方法可以在较宽的合成条件下得到，其中反应温度为50-80，甲醛和柠檬酸的比例大于3即可。(Lei Liu, et al.Journal of Materials Chemistry,2011(21)16001-16009)2、磁性介孔碳材料6研究人员以SBA-15作为模板，糠醇作

5、为碳源，在反应体系中加入Fe(NO3)39H2O和Ni(NO3)26H2O混合溶液，于80下反应10h,之后用5%H2-95%Ar对产物进行碳化和原位还原，热碱液浸泡，洗涤得到了载有磁性Fe/Ni纳米颗粒的双介孔碳材料。N2吸脱附实验结果显示，该介孔材料孔径集中在4.0nm和18.5nm，BET比表面积为1057.9m2/g。该介孔碳材料对甲基蓝和甲基橙的饱和吸附量分别为959.5mg/g和849.3mg/g，利用乙醇对吸附染料后的吸附剂进行再生，7次再生后的吸附量仍达到最开始的80%以上。(Yuanyuan Liu.et al. Journal of Colloid and Interfac

6、e Science,448(2015)45-459)7以TEOS为硅源作为硬模板，间苯二酚和甲醛为碳源，“一锅法”直接反应得到了平均孔径大小为5.4nm、强磁性的磁性Fe3O4粒子为核，介孔碳为外壳的核壳结构磁性介孔碳材料。该材料对多环芳烃芘有很强的吸附能力，在40min内达到吸附平衡，吸附量达77.1mg/g，磁性分离速度快，以甲醇：甲酸=9:1的溶液为脱附试剂，吸附脱附过程(guchng)进行循环重复6次，芘的回收率仍能达到84%以上。3、多孔碳材料(cilio)化学(huxu)改性(以氮掺杂为主)8 研究人员在750，N2氛围下通过KOH活化商品介孔碳CMK-3，之后在室温下用5M硝酸氧

7、化，得到了孔量增加、表面功能化的多孔碳材料，BET比表面积由1139m2/g提高到2254m2/g。改性后的多孔碳对水中的二苯并噻吩吸附量提高121%，吸附过程速度明显加快。（Yawei Shi.et al. Fuel 158(2015)565-571） 9研究人员通过化学气相沉积方法，以SBA-15作为模板，在850下，利用乙腈作为碳源和氮源，合成了掺氮介孔碳，通过改变气相沉积中乙腈的浓度和沉积时间，可以到达含氮量达9.4%（质量分数）的介孔碳材料，该材料孔径分布较为集中，平均孔径为3.36nm。以甲基蓝、甲基橙和酸性品红为吸附对象对合成的材料吸附性能进行研究，发现掺氮介孔碳的吸附效果均不同

8、程度优于非氮介孔碳，而且掺氮介孔碳对三种染料的吸附能在15min之内达到平衡。(A.Sanche-sanchez,et al. Journal of Colloid and Interface Science,450(2015)91-100) 10以F127位模板剂，苯酚和甲醛(ji qun)为碳源，采用两步合成法，即预先在碱性条件下合成可溶性A阶酚醛树脂，然后在酸性条件下使A阶酚醛树脂在模板剂胶束周围进行可控的聚合，在较为宽泛的条件下合成出具有不同结构(jigu)的有序介孔碳材料。其中，在水热条件下，以ZrOCl2位助剂，得到(d do)了具有大孔-介孔-微孔的多级孔结构碳材料。在以磷酸作催

9、化剂时，在磷酸浓度为3mol/L，碳化温度为600时，得到了富含磷酸酯的介孔碳材料，对亚甲基蓝吸附量达725mg/g。(KeKe Hou, et al.RSC Advances,2013,3(47),25050-25057)11利用一步热解法，以EDTA为碳源和氮源，KOH为活化物质，将两者直接研磨混合，然后在高温下煅烧，碳化和活化在一步内完成，制备了比表面积高达2014m2/g的氮掺杂多孔碳材料。在体系中引入三聚氰胺后，材料的含氮量高达12.6%，产量提高400%，比表面积1678m2/g。(Zhen Liu, et al. Nano Res.2013,6(4):293-301)12利用生物

10、基材料海藻酸作为碳源，乙二胺作为氮源，在溶剂热的条件下，加入膨胀剂戊二醛和吡咯，后经过冷冻干燥和在混合气体Ar和CO2氛围中，高温活化，得到了新型氮掺杂多孔碳材料。其中在以H3PO4-HNO3混合酸作为活化剂时，合成了孔径分布非常集中，比表面积约为1740m2/g的氮掺杂多孔碳材料。(X.Y. Ma, et al. J.Mater.Chem.A,2013,1,913-918)发展趋势1）比表面积、孔径分布(fnb)和总孔体积是衡量多孔材料性质的重要指标，研究比表面积更高、孔径可调的多孔碳材料(cilio)，是研究的热点和重点。2）碳源对介孔碳的合成有很大的影响(yngxing)，寻找更为合适、

11、来源更广、价格更为低廉的碳源以制备性质优良，用途广泛的多孔碳材料具有重大意义。3）目前模板法制备多孔碳材料仍是研究人员使用较广的方法，模板的脱除需要用到强酸或强碱，模板回收难度大，都造成了经济和环境上的浪费。开发新的模板剂，如纳米碳酸钙等，对多孔碳的合成和应用意义大。4）目前介孔碳材料生产过程成本较高，价格昂贵，综合利用新碳源、新模板、化学物理改性等方法以降低生产成本，提高产量，对介孔碳材料的进一步深入研究和应用具有巨大推动作用。研究开发内容1）利用实验室已申请的专利制备笋壳、秸秆、树叶等多种生物质液化液。2）蔗糖、糠醇、葡萄糖、酚醛树脂等多羟基化合物常作为碳源制备介孔材料，操作较为简单、成本

12、较低、环境污染小；且介孔材料的合成常在酸性条件下进行。生物质液化液产物含有大量羟基活性基团，且液化过程加入了硫酸作为催化剂，利用液化产物作为碳源，合成介孔碳材料。经过前期研究，我们已经取得(qd)比表面积为260.13mg/g，孔径在2-5nm之间的有序多孔碳材料。进一步优化实验条件，以期得到比表面积更大，孔径可调的优质有序介孔碳材料。3）利用纳米(n m)碳酸钙合成介孔二氧化硅已有文献报道，碳酸钙在较低温度下就能直接分解，分解产生(chnshng)的CO2有利于材料孔道的产生，最后模板的脱除无需用的强腐蚀性的HF，更为环保经济。能否直接利用纳米碳酸钙直接作为模板，生物质液化液为碳源合成，很有研究的意义。4）多种条件下合成的孔材料通过SEM、FTIR、XRD、N2吸脱附等研究对材料进行表征，以确定多孔材料的较优合成方法。5）将合成的多孔碳用于吸附染料废水，以常见染料作为考量吸附质，阳离子染料以亚甲基蓝为代表，阴离子染料以甲基橙为代表，并深入研究多孔碳材料对染料吸附的动力学、热力学等机理。6）对吸附后的多孔碳材料进行脱附再生试验。尝试利用化学试剂脱附、微波脱附、介质阻挡放电等离子(DBD)等再生方法，考察脱附再生效果，确定较适合的脱附再生方法。7）对合成的多孔碳材料进行化学(huxu)或物理改性，