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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。
活性炭制备工艺及其应用研究随着科技的发展和全球对环境问题的关注日益增加，人们对于净化水，空气等资源的需求也逐渐上升。
而活性炭作为一种可以去除有害物质的吸附材料，已经成为环境净化领域中的重要材料。
但是，想要制备高质量的活性炭并不是一件易事。
本文将围绕活性炭制备工艺及其应用展开研究。
一、活性炭制备工艺1. 碳化碳化作为活性炭制备的第一步，可以使用多种材料进行实现。
其中以木材、桦木、杏木、草本植物和花木等天然植物为碳化原料更为常见。
碳化的目的在于将原料中的无机物和有机物热解成基本单元碳，使活性炭的质量和吸附能力得到提升。
2. 活化活化是活性炭制备的关键步骤。
目前常见的活化方式有物理活化和化学活化两种。
物理活化通常需要高温条件和一定的氧化剂，作用是将碳中的孔隙扩大，增强其比表面积和吸附能力；化学活化则是利用化学药剂溶解碳中的无定形物质，加速孔洞的扩展，并增强表面亲和力和催化活性。
化学活化与物理活化相比，制备时间更短，吸附能力更强，但成本也更高。
3. 热处理热处理是活性炭制备过程中的最后一步，其作用是去除残留的有害物质和充分激活活性炭的性能。
热处理温度一般在400-900℃之间，时间也有所不同。
过高的热处理温度不仅会降低活性炭的孔隙度和比表面积，也会影响其物理化学特性和吸附能力。
二、活性炭的应用研究随着科学技术的发展，活性炭的应用范围也逐渐扩大。
从最初的净化水源到如今的化学催化、电化学催化、药物吸附等诸多领域都有广泛的运用。
1. 电化学催化在电化学领域，活性炭作为催化材料在电极表面广泛应用。
因其丰富的孔结构和高度的比表面积，可以提高电化学反应微观反应速率，增加电极表面的有效质量输运，提高催化效率。
同时，活性炭还具有良好的导电性和化学稳定性，使得其在电化学分析、电解水、电池等领域也得到了广泛应用。
2. 催化剂载体活性炭可以成为非常优良的催化剂载体，可以载入各种催化剂，如金属、氧化物等。
在催化反应中，活性炭可以提供丰富的活性中心和与反应物的相互作用，从而增强反应的选择性和反应效率，并且降低催化剂的使用量和成本。
活性炭的制备及其应用活性炭是一种具有极高比表面积和吸附能力的材料，常用于水处理、空气净化、化学分离和催化等领域。
本文将介绍活性炭的制备方法及其应用。
制备方法目前常用的活性炭制备方法有物理法、化学法和物理-化学合成法。
物理法主要是利用碳素材料的微孔结构和表面特性，如煤、木材、石油焦等，在高温或气流气氛下进行无氧热解或碳化，形成孔径0.5-100纳米的孔隙结构，并通过比表面积大、微孔分布均匀等特性，达到很高的吸附性能。
同时还可以利用碳素材料的表面活性，吸附有机物和金属离子等。
这种方法制备活性炭过程简单，成本低，但制备的活性炭的性质不够稳定，有些孔径过大或过小，难以控制活性炭的吸附性能。
化学法是指利用碳素材料表面的化学活性，如氧化、酸碱处理等，在活性炭表面引入含有酸、碱、羧基等吸附基团，增强活性炭的化学吸附性能。
常用的化学制备方法有钝化法、浸渍法、化学气相沉积法等。
其中，浸渍法是最常用的制备方法。
该方法在母体碳素材料中浸渍化学活化剂，如H3PO4、ZnCl2等，然后进行高温碳化，形成孔径0.5-10纳米的孔隙结构。
物理-化学合成法是指在物理法和化学法的基础上，先利用物理方法制备米级原料颗粒，再在化学活化剂作用下，进行分级炭化，形成纳米孔隙结构。
这种方法的精度和控制能力非常高，能制备出具有确定孔径和分布的活性炭，但是制备成本较高。
应用活性炭是一种极为常见的吸附剂，在水处理、空气净化、化学分离和催化等领域广泛应用。
以下是一些活性炭的应用案例。
水处理：活性炭是一种重要的水处理吸附剂，能够有效地去除水中的有机物、氯、药物残留和色素等。
例如，把活性炭包装在过滤器中，可以过滤出净化的饮用水。
活性炭还可以作为水处理过程中的先导步骤，通过吸附和氧化水中的有机物，降低水中的残留物含量，进而进一步处理水。
空气净化：活性炭可以有效去除空气中的甲醛、苯、二氧化碳等污染物，达到净化室内空气的目的。
例如，在新装修过的房子里，可以放置活性炭包吸收甲醛等有害气体。
高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展摘要简要分析各种储氢材料和技术的基础上，重点介绍了高比表面积活性炭的制备方法，目前最常用的活化方法是以氢氧化钾为活化剂的化学活化法；并总结了近年来前人在高比表面积活性炭储氢方面的研究结果，同时简要分析了高比表面积活性炭储氢机理方面的研究进展。
关键词储氢材料高比表面积活性炭储氢性能研究进展氢能源以其高效、环保、使用方便等优势引起了人们的普遍关注，世界各国在新型氢能源和储氢材料的研究方面投入了巨大的财力和人力。
目前，除液态储氢和高压储氢外，主要的储氢方法和材料有6种。
（1）Fullerene[60]（富勒烯）多氢化合物如C[60]H[18]、CH36的催化分解可以放出氢气，但制备富勒烯多氢化合物方法复杂并且成本较高，目前还不能大规模生产，无法得到广泛的应用。
（2）金属氢化物储氢，其原理是利用氢化物中较高的氢浓度以及氢化物相变的可逆性，在必要时放出储存的氢来加以利用。
如LiH、MgH2、Mg2NiH40、VH2等，这些化合物的储氢含量虽然较高，但是金属储氢的致命缺点是氢不可逆损伤，从而直接影响储氢金属的使用寿命，限制了该方法的使用。
（3）有机液体氢化物储氢，它是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应（即加氢反应和脱氢反应）实现的，加氢反应实现氢的储存，脱氢反应实现氢的释放。
烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作储氢材料，但芳烃特别是单环芳烃作储氢剂最佳。
该法主要的缺点是耗费化石能源。
（4）金属合金储氢，如稀土系、钛系、镁系和锆系合金等。
该法如果得到广泛应用势必消耗大量的金属，同时也耗费大量的矿物资源。
（5）碳纳米管和纳米炭纤维的储氢，属于吸附储存。
目前大多数研制碳纳米管的方法是激光法和电弧法，而这些方法尚处于实验室阶段，还无法进行大规模的工业生产，与目前碳纳米管储氢技术类似的还有纳米纤维的储氢技术。
（6）活性炭的吸附储氢，是利用超高比表面积的活性炭作吸附剂，在中低温（77 K～273 K）、中高压（1 MPa～10 MPa）下的吸附储氢技术。
生物炭制备方法及其应用的研究进展生物炭制备方法及其应用的研究进展引言：生物炭是一种通过高温无氧热解生物质制得的碳质副产品，其具有高孔隙度、大比表面积和孔径可调等特点。
因此，生物炭在农业、环境保护和能源等领域具有广泛的应用前景。
本文将综述生物炭制备方法及其在农业、环境保护和能源利用方面的研究进展。
一、生物炭的制备方法目前，生物炭的制备方法主要包括热解和气化两种。
1. 热解法热解法是将生物质放置在封闭的容器中进行高温无氧热解，从而生成生物炭。
热解法主要分为固体热解和液体热解两种方法。
固体热解法的步骤包括颗粒处理、真空干燥、缩小颗粒尺寸、热解和冷却等。
常用的固体热解设备有木屑炭化炉、橡胶炭化炉和稻壳炭化炉等。
液体热解法主要是在有机溶剂中对生物质进行热解。
具体步骤包括溶解生物质、热解和产出生物炭。
常用的液体热解方法有溶剂溶解法、水蒸气热解法和微波热解法等。
2. 气化法气化法是将生物质在高温下与气体反应，产生可燃气体和生物炭。
气化法主要分为固体气化和液体气化两种方法。
固体气化是将固体生物质与气体（如氢气、氧气等）或蒸汽进行反应。
常用的固体气化设备有气流气化炉、床式气化炉和流化床气化炉等。
液体气化是将生物质与液体（如超临界水、液氨等）反应，产生气体和生物炭。
液体气化法主要有湿法气化和超临界流化床气化等方法。
二、生物炭在农业中的应用1. 土壤改良剂生物炭具有多孔性和高比表面积，能够增加土壤的保水性和通气性，改善土壤结构。
此外，生物炭中的微量元素和有机质有助于植物生长和养分吸收。
因此，生物炭被广泛应用于土壤修复、农作物生产和园艺种植等领域。
2. 肥料添加剂生物炭可以与肥料混合使用，提高肥料的利用率和吸附性能。
生物炭能够吸附肥料中的养分，延缓养分释放速度，并减少养分流失。
此外，生物炭还能调节土壤pH值，提高土壤酸碱性，改善肥料的利用效果。
三、生物炭在环境保护中的应用1. 污水处理剂生物炭具有吸附性能，能够有效去除废水中的有机物、重金属和氮磷等污染物。
活性炭的合成及其应用研究活性炭是一种广泛应用于环境治理和工业生产中的材料，它由于具有大比表面积、高吸附性能、化学稳定性好和再生能力强等优良特性，受到大量关注。
本文将从合成方法及其应用方面较为详细地探讨活性炭的研究现状。
一、活性炭的合成方法1. 化学方法通过化学反应，将含有活性炭前驱体的化合物送到高温环境中的反应法被称为化学法。
该方法的优点是可以进行简单而增量化的实验，以得到目标活性炭。
但同时，该方法容易出现非均相反应，导致产物的分布不均匀。
常见的化学方法包括:一氧化碳气相反应(CO2)基于燃烧的活性炭制备法2. 物理方法物理法是通过高温下将含有活性炭前驱体的物质热解成活性炭的方法。
常见的物理方法包括：气相活性碳的制备法干法活性炭制备法3. 生物法生物法主要是以一些天然有机物(如硝酸等)为原料，通过微生物作用发酵的一种制备活性炭方法。
这种方法节约能源，低污染但时间相对较长，且容易出现非均相反应。
常见的生物法包括：菇类材料发酵活性炭制备法活性呋喃制活性炭法二、活性炭的应用领域1. 水处理领域由于活性炭具有出色的吸附能力，使其在水处理过程中得到广泛应用。
例如，将生产中的废水经过一定处理后布置活性炭吸附器进行吸附处理，可有效去除废水中的污染物，达到绿色净化的目的。
2. 空气治理领域随着工业化，现代社会中污染物不断增加。
空气污染已成为全球公共卫生问题。
活性炭因其高效吸附特性，在空气治理领域得到了广泛应用。
例如，利用活性炭吸附装置，可以过滤气态有害物，并净化空气，确保城市空气质量。
3. 医药领域活性炭在医学领域的应用也非常广泛。
例如，活性炭作为一种具有吸附能力的材料，被用作制作止泻混悬液、解毒剂等药品。
此外，活性炭还常被用于治疗肝病、肠胃病等疾病。
4. 食品加工领域作为一种常用的加工材料，活性炭被广泛应用于食品加工过程中。
例如，在葡萄酒、啤酒等酒类产品的生产过程中，通过活性炭过滤，去除其中的色素、氨基酸等成分，提高成品的质量和口感。
活性炭制备及其性能研究一、活性炭概述活性炭是一种具有高度孔隙率及比表面积的固态材料。
其主要成分为碳，其比表面积通常在500-1500平方米/克之间，而孔径大小在几纳米到数十纳米之间。
活性炭的应用场景非常广泛，包括废气处理、水处理、储能材料、催化剂载体等多个方面。
二、活性炭制备方法制备活性炭的方法主要分为两类：物理法和化学法。
物理法包括炭化、活化、热解等方法。
而化学法则是在物理法的基础上增加了添加物，例如植酸、氢氧化物等方法。
其中，常见的活化方法包括化学活化和物理活化方法。
1. 化学活化法化学活化法是在高温和高压的条件下，使用一种强氧化剂进行的过程，如氢氧化钾，氢氧化钠和制氧剂等。
在这种方法中，活性炭的碳化程度可以通过调整活化条件来进行控制，如温度、时间和气体流量等。
2. 物理活化法物理活化法是通过在高温和低压的环境下使用的方法。
在这种情况下，物理活化的过程要比化学活化简单，通常采用高温、高压和惰性气体的混合物来实现活化。
三、活性炭性能活性炭的性能取决于孔隙度、存在的化学官能团和硬度等因素。
由于活性炭具有极高的比表面积，因此活性炭具有非常好的吸附能力。
此外，由于活性炭材料在制备过程中，可以通过调整温度、时间和流体等条件，从而制备出不同孔径大小的活性炭。
1. 吸附能力由于其高度的表面积和孔隙率，活性炭的吸附能力非常强。
这可以用于各种应用，例如水和空气净化。
同时，由于其吸附能力，活性炭也被用作吸附剂来净化化学废水和工业废气。
2. 化学官能团活性炭存在各种不同的化学团，例如羟基、羧基、胺基等。
这些化学官能团可以提高活性炭在吸附和催化方面的性能。
3. 孔径大小活性炭的孔径大小范围通常在几纳米到数十纳米之间。
由于活性炭的孔径大小非常小，因此可以从大型到小型的家用滤网，到超细过滤器的应用场景中得到使用。
四、活性炭的应用活性炭的应用非常广泛，包括工业废气、化学品废水、燃烧废气处理、食品、医药、饮料制造以及金属萃取等应用领域。
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。
活性炭纤维材料的制备与性能研究活性炭纤维材料是一种具有较高孔隙度和比表面积的吸附材料，广泛应用于环境治理、能源储存、电化学催化等领域。
本文将探讨活性炭纤维材料的制备方法及其性能研究进展。
一、活性炭纤维材料的制备方法目前，活性炭纤维材料的制备方法较为多样化，常见的制备方法包括物理法、化学法和物化法等。
物理法制备活性炭纤维材料主要是经过模板法或纺丝-炭化法制备而成。
模板法是将纤维素或其他有机物为原材料的非晶态材料在模板的作用下形成孔道后进行炭化，制备的活性炭纤维材料具有高孔隙度和良好的分散性；纺丝-炭化法则是将聚丙烯和聚丙烯腈等物质通过纺丝成纤维，再通过高温炭化制备活性炭纤维材料。
化学法制备活性炭纤维材料主要是通过化学物质反应生成活性炭纤维材料。
常见的方法有静电纺丝-炭化法、沉淀炭化法等。
静电纺丝-炭化法是将含有活性炭前体物质的聚合物放入溶液中，静电作用将聚合物拉伸成纤维，再经过高温炭化得到活性炭纤维材料。
沉淀炭化法则是将金属离子或羟基化合物与活性炭前体物质反应生成活性炭纤维，该方法制备的活性炭纤维材料具有高孔隙度和高电导率。
物化法制备活性炭纤维材料则是将物理法与化学法结合，通过物理吸附或气相反应将活性剂及其它前体吸附在纤维表面，在高温或气相反应条件下进行炭化制备活性炭纤维材料。
二、活性炭纤维材料的性能研究进展1. 孔隙度与比表面积由于活性炭纤维材料的孔隙度比常见的材料（例如白炭黑、活性炭颗粒）高出数倍，使其具有更高的吸附能力。
近年来，学者们通过调控纤维的直径、导向剂的添加等方式控制纤维的孔径和孔隙度，得到了具有不同孔径分布和比表面积的活性炭纤维材料。
2. 电化学性能活性炭纤维材料具有优异的电化学性能，广泛应用于电容器等电化学器件的制备中。
近年来，学者们通过研究活性炭纤维材料的表面化学性质，发展了活性炭纤维材料的超级电容性能研究。
活性炭纤维材料具有较高的比电容、较快的电荷/放电速率和长期循环稳定性等特点，有望在储能领域中得到广泛应用。
生物质基碳材料的制备及性能研究一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，寻求高效、环保的能源和材料替代方案已成为科学研究的重点。
生物质基碳材料作为一种新兴的绿色材料，凭借其独特的物理和化学性质，在能源存储、环境治理、催化剂载体等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在深入探讨生物质基碳材料的制备方法、性能优化及其在相关领域的应用，以期为推动该领域的发展提供理论支撑和实践指导。
文章首先介绍了生物质基碳材料的基本概念、分类及特点，阐述了其在不同领域的应用价值。
随后，详细综述了生物质基碳材料的制备方法，包括物理法、化学法以及生物法等，分析了各种方法的优缺点及适用范围。
在此基础上，文章重点讨论了生物质基碳材料的性能调控策略，包括孔结构调控、表面官能团修饰、复合改性等方法，以提高其电化学性能、吸附性能和催化性能等。
文章还通过实验研究，对生物质基碳材料的性能进行了系统的评价。
实验选取了几种典型的生物质基碳材料，通过表征手段揭示了其结构与性能之间的关系，探讨了其在超级电容器、锂离子电池、吸附剂及催化剂等领域的应用潜力。
实验结果表明，生物质基碳材料在能源存储和环境治理等方面具有优异的性能表现。
文章对生物质基碳材料的未来发展趋势进行了展望，提出了在制备方法创新、性能优化及应用拓展等方面的研究方向。
本文旨在通过系统研究生物质基碳材料的制备及性能，为相关领域的研究者提供有益的参考和启示，推动生物质基碳材料在能源、环境等领域的广泛应用。
二、生物质基碳材料的制备方法生物质基碳材料的制备主要包括物理法、化学法和物理化学法。
这些方法的选择主要取决于生物质原料的种类、结构以及所需的碳材料性能。
物理法：物理法主要包括热解和碳化。
热解是生物质在缺氧或无氧条件下加热分解生成碳材料的过程。
碳化则是在更高温度下，进一步去除生物质中的挥发分，增加碳的纯度。
这种方法操作简单，成本较低，但制备的碳材料往往性能较为一般，需要进一步的活化处理。
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。
生物质热解制备活性炭性能实验报告一、实验背景活性炭作为一种具有优良吸附性能的多孔材料，在环境保护、化工、医药等领域有着广泛的应用。
传统的活性炭制备方法通常依赖于化石资源，不仅成本较高，而且对环境造成一定压力。
生物质作为一种可再生资源，通过热解技术制备活性炭具有潜在的优势和应用前景。
二、实验目的本实验旨在研究生物质热解制备活性炭的性能，包括比表面积、孔隙结构、吸附性能等，为优化制备工艺和提高活性炭质量提供依据。
三、实验材料与设备（一）实验材料选取了玉米秸秆、稻壳、木屑等常见的生物质作为原料。
（二）实验设备1、热解炉：用于生物质的热解反应。
2、气体分析仪：用于分析热解过程中产生的气体成分。
3、比表面积及孔径分析仪：用于测定活性炭的比表面积和孔隙结构。
4、吸附实验装置：包括吸附柱、恒温振荡器等，用于评估活性炭的吸附性能。
四、实验方法（一）生物质预处理将收集到的生物质原料进行粉碎、筛选，得到粒度均匀的样品，然后在 105℃下干燥至恒重。
（二）热解过程将预处理后的生物质样品放入热解炉中，在氮气氛围下以一定的升温速率加热至设定温度，并保持一定时间进行热解反应。
热解产物经过冷却、收集，得到生物质炭。
（三）活化处理将生物质炭与活化剂（如氯化锌、磷酸等）按照一定比例混合，在一定温度下进行活化处理，以增加活性炭的孔隙结构和比表面积。
（四）性能测试1、比表面积和孔隙结构分析：采用氮气吸附法，使用比表面积及孔径分析仪测定活性炭的比表面积、孔径分布等参数。
2、吸附性能测试：选择亚甲基蓝作为吸附质，通过吸附实验装置测定活性炭对亚甲基蓝的吸附量和吸附速率。
五、实验结果与分析（一）比表面积和孔隙结构不同生物质原料制备的活性炭比表面积和孔隙结构存在差异。
其中，以玉米秸秆为原料制备的活性炭比表面积较大，孔隙结构较为发达。
活化剂的种类和用量对活性炭的孔隙结构也有显著影响。
适量增加活化剂的用量可以提高活性炭的比表面积和孔隙体积，但过量使用可能导致孔隙过度扩张，降低活性炭的机械强度。
姜可茂等：高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究文章编号：1001-9731 (2017)11 -111 53-0411153高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究姜可茂\吴琪琳u(1.纤维材料玫性国處重点实验室1上海201620;2,东华太#材料攀院海201620：)摘要：以核桃壳为生物质原料，K O H作为活化剂，在不同温度下_(7_00:,:._肋:0，.90C r C)_,制.备了低成本、高比表面 积的_核桃壳.基生物质话性炭:。
.通过_S E M研究了活性炭的表面形貌;.利用X R D.、.R a.m a n研究了活性炭的石墨化程 度；通过T%吸附./解吸附研究了活性炭的孔径结构，.囊验结果表明，在肋0 °C.下制备的活性炭A G"3-.SOO,比表面 .表高达2 1.4.9 m V g,平均孔径在1.93 n.ro〇超级电容器在0.5 A/g电流密度下，比电容高达215 E/g.,并且表现出 良好的循环稳定性，说明核桃壳基活性炭是一种良好的超级电容器电极材料。
关键词：核桃壳；活性炭；电极材料；超级电容器中图分类号：T K6文献标识码:.A D O I：10,3 963 /j.issn.1QQ1-9731.2 Q17.11.Q2 70 引言超级电容器叉称电化学电容器•是一种新型的电 化学能量转换和储能器件.具有功率密度大、循环寿命 长、使用温度范围宽、储存密度介于传统电容器与商用 电池之间等特点^]»超级电容器在理论研究与实际 应用中均取得了重大进步，但超级电容器仍面临着能暈密度不足和生产成本高的问题[V1]。
电极材料是超 级电容器的核心部件，对超级电容器性能起童要作用[|。
生物质活性炭.真有导电性好、比表面积大、化学 性质稳定、来源广、价格便宜等优点，.生物质活性炭电 极材料能够有效的提禽超级电容器的能量密度，降低 生产成本，_因此隹_物质活性:炭成为超氧_电容舉电极材 料研究的重点。
现在有很多笙物质制成超级电容器.例如：油茶壳M、蚕豆壳，茶花_ D 13等，本文选 用核桃壳为原料，制备生物质活性炭,。
利用核桃壳制 备物质活性炭已有报道，这些文献均以核桃壳为原料，采用Z n G l s和H3P O,活化法_«2]…真空化学活化法、K O H活化法[11\物理-化学活化法制备了核桃 壳基生物质活性炭n:']。
这些活性炭主要用于吸附性能研究.鲜有探究核桃壳活性炭用作超级电容器电极材料的电化学性能，并旦，以上制备的核桃壳基生物质 活性炭比表面积最高为g。
但是本文将通过 预氧化、炭化、K O H活化制备比表面积超过2 0TO m V g的活性炭，非常有利？制备超级电容器的电极材料。
本文将在不词温度下制备高比表面积的生 物质活性炭，对其结构进行表钲，然后将其制备成超级 电容器的电极，研究其电化学性能。
研究结果对于庚弃生物质再利用、保护环境以及能源储存方面具有重要意义1 实验l. 1核桃壳基活性炭的制备将从自地市场购买的核桃壳在250 r下预氧化1h，随在:6〇0 性气氣中炭化2 h，炭化结東启，将炭化物在研钵中研磨成粉末将K O.H与炭化物按照质鑛比3: :1的比例均匀混:舍，分别在？.0(〉，g_0t，900 °C的惰性气氣中活化1 h。
活化结束后，用3 mol/L 盐酸、去离子水反复清洗至中性，千燥《即每轉到核桃 樣義■性炭。
将制备的核桃處塞秸性炭命名为A C-n-m, 其中n代表碱炭比（K()H :代表不同温度•如M)-3-池j_示碱.炭比为3:?；在:700 *C_下制备的核桃 壳基活性炭。
生物质活性炭的制备流程如图1所示。
1.2结构表征核桃壳基多孔活性炭的表面形貌是在扫描电子显 微镜(S E M，Hitachi，下观察。
活性炭的:结晶 结构的变化使用X射钱衍射仪CXRT>，Bruker，m Phaser)测釐r扫雄 角度 汾 为 2〇_〜s拉曼光谱是在Renishaw Invia Reflax撤光拉曼光翁仪测定，使用 SS2 n m的H e-N e激光器，激光功率为M活性炭 孔结构是_ 77,3 K下，通过施吸附/解吸附（Micro-merities A S A P 2〇2..0)测定。
1.3电化学测试工作电极的制备：将活性材料、导电炭黑和聚偏氟 乙烯按照戲量E为I •• 1; 1的比例混合，1-甲基^吡咯烷酮为溶剂•将它们混合均匀，使用刮刀将其均勻的 涂抹在碳纸上，然后将其置于真空烘箱中•60 t:下芊 燥]2 对称级电容器使用義泡在6 mol/I, K O H溶液的玻璃纤维作为隔膜.组装在C R2032不锈钢硬币 式电池中。
比电容是通过公式*基金项目J上__市教育委员会:科研创:新重處资助滅9)收到初稿日期：&)1.7HM-22 收到修改稿日期：iffi_7-07-2S通讯作者:■吴琪琳E-mai.U wq胞 作者简介：姜可茂（1卵1—)，.菌:，山.东姻#A,在逯薇士，师承吳琪琳教按，从:参姐级4容耱方商：趼究。
1115:4t/> u,C647(wcTV^/cbO(1)式中，I代表恒定的电流w〃为2个电极J:活性物 质的总质量，d V/d f为放电时间与放电电压的比值。
对称超级电容器的C V曲线，恒流充放电曲线，循环性 能的测试都是在.Zahner Zennium IM6电化学，工作站测量。
封________^_______________________2017:年第11期(48X卷2结果与讨论Fig 1 Schem atic of the preparation of activated carbon液离子进入孔隙内部，提高电化学性能。
图2(b)为在77 K下的N2吸附/解吸附曲线图。
从图中可以看出，2.1表面形貌及孔结构表征 A C-3-700与AC-3-800的吸附曲线与解吸附曲线完全由图2(a)可得知，经过K O H活化以后，核桃壳基 童合；而A C-3-900的吸附曲线与解吸附曲线在相对&活性炭的表面被刻蚀出大量的孔径不一的孔隙，有利 力较大时，出现明显的脱附滞后环。
于形成高比表面积的活性炭结构，同时也有利于电解S y th e s is tem perature/°C(d}孔体积《微孔与总孔>与比表面积依赖关系图吸附/解吸附曲线，孔径分布图孔体积（图2 AC-3-800 的SEM图，AC-3-700, A C-3-800, AC-3-900 的N2孔与总孔）与比表面积依赖关系图Fig 2 SEM im ages of the A C-3-800, N3adsorption-desorption isotherm s, pore size distribution of AC-3-700, AC-3-800 and AC-3-900 and dependence of specific surface area and pore volum e (to tal and m icropore) on the tem perature根据IU P A C的分类，A C-3-700与A03-800的吸 附等温线属于I型等温线，说明制备的活性炭以微孔为主，而A C-3-900属f=I型和带有滞后环的IY型的等 温线，表明了微孔和介孔的存在。
在相对&力较小时，等温线存在一个快速的上升，说明活性炭中有微孔的存在;在相对压力较大(户/户。
>0.4)时，有一个明显的 H4型滞后环，发生了介孔毛细凝聚现象，并且H4为狭缝孔，常见f活性炭中，因此证明了活性炭中介孔的存在[1®。
从图2(c)的活性炭的N L D F T孔径分布曲 线It以看、出，A C-3-700与A C-3-800的孔径集中在0.5 〜2 n m，并胤所占的比例很大，证实了 A O S-7〇0 _ A C-3-800具有典型的微孔活性炭特性，而A C-3-900 的孔径在■0.5〜3,,5. n m很宽的范围内，弁且大于.2 n m 的比例也很多，证实了 A C-3-900的微孔与介孔并存的 结构。
从图2 (d)可以看出，A C-3-800的比表面积最大，高达2 149 m2/g。
商的比表面积有利f吸附更多的电解质离子，形成双电层电容。
活性炭中的微孔内 的强电势能够增强双电层电容，介孔可以降低电解质 离子在电极材料中的转移阻力*因此，微孔和介孔的同 时存在将有利于提高超级电容器的双电层电容性能。
A C -3-800的比表面积最大，微孔数量最多，同时存在 一定数量的小尺寸介孔（2〜3.5 n m )(如图2(c)所示）， 因此A C -3-800是M 者中最.适合作为趙级电容器电极 材料的活性炭nn]。
2.2石墨化程度测试图3(a)在26及44°左右存在2个峰，这分别对应 石墨结构的（002)与（100)晶面*说明制备的活性炭已 部分石墨化从图3(b )的拉曼光谱图可以看出，所有的活性炭在1 350 c m 一1 (D 峰）和1 590 c m —1 (G 峰）附近处存在2个峰。
通常使用D 峰与G 峰强度的 比值来表征石墨化程度，Wk的值越大*表明石墨化程度越低，不规则的碳结构越多。
从图中可以看出，A C -3-700、A C -3-800、A C <-3-900 的 的值分别为0.95，1.07，1.09。
说明随着温度的升高，石墨化 的结构遭到破坏，并置在活化的过程中》K O H 作为活 化剂破坏了碳结构，导致不规则碳结构增多。
G 峰与 石墨化材料的能带结构有关，G 峰存祖，.表明材料的石 墨化程度髙，石墨层间的交互作用强，因此有利于导电 性的提高1^]。
203040 50601 0001 250 1 500 1 7502 00020/(° ) R a m a n sh ift/cn r1(a) X R D 囝谱（b >拉曼光谱图图3 A C -3-700、A C -3-800、A C -3-900的X R D 图谱和拉曼光谱图Fig 3 X R D patterns and R a m a n spectra of the A C -3-700 , A C -3-800 and A C -3-9002.3电化学性能形变，但是仍然保持着类矩形的形状，表明电解液离子A C -3-800基超级电容器的倍率性能和循环性能 在低阻下能够快速的扩散到电极的表面，拥有良好的在6 mol/L K 0H 中使用对称的双电极体系测试。
如 电化学电容性能[19。
图4(a)所示，随着扫速的增加，C V 曲线虽然有一定的图4 A C -3-800基超级电容器在5〜50 m V /s 下的C V 曲线，0.5〜10 A /g 下的恒电流充放电曲线，比电容与电流密度关系图，1 A /g 电流密度下的恒流充放电循环性能图Fig 4 C V curves at 5-50 m V /s, G C discharge curves of 0.5-10 A /g , the correlation of specific capacitances withcurrent densities and cycling performance of A C -3-800 based supercapacitor 图4(b)为A C -3-800基超级电容器的恒流充放电曲线，所有的曲线成规则的类等腰三角形形状，具有良姜可茂等：高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究m sfi■n d /J >Ai s u a)}u l ■r v e /J >Ai s u a)}ul11156好的双电成电容性能，即使电流密度增加到10 A/g，仍然保持着类等腰三角形，说明其具有良好的倍率性能。
