活性炭的制备及孔结构优化研究进展

我国是全球最大的活性炭生产国、销售国和使用国,目前工业和生活领域对活性炭的需求也逐年上升,活性炭行业正处于快速发展阶段,在全力推进碳达峰碳中和各项工作和推进生态文明建设中,活性炭也发挥着不可或缺的作用。本文分析了当前活性炭的市场,对活性炭的原料进行了深入分析,介绍了活性炭的孔结构表征手段、生产方法、影响因素和应用进展,并对活性炭孔结构优化技术的研究成果进行了综述,旨在推动活性炭在绿色低碳技术应用中发挥更大的作用。     

活化温度对酚醛基活性炭纤维的孔结构和电化学性能的影响

从酚醛纤维出发,经过炭化和KOH活化制备了酚醛基活性炭纤维（PACF）,并对不同温度下活化样品的比表面积、孔结构以及所制备的双电层电容器（EDLC）的电化学性能之间的关系进行了探讨。氮气（77K）吸附法测定PACF活性炭纤维的孔结构和比表面积;采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等测试对超级电容器的电化学性能进行了测试。结果表明：900℃是KOH活化酚醛纤维制备用于EDLC电极材料的最佳活化温度,该温度下活化样品具有最佳的循环性,稳定性和较小的内阻,比表面积为2311m^2·g^-1和比电容264．IF·g^-1（充放电电流为1000mA·g^-1）。PACF系列样品均呈现出典型的微孔炭的特征,不同活化温度下制备的PACF,虽然表现出不同的比表面积和比电容,但是其整体孔径分布范围基本相同,都在0.5nm～3．0nm之间。随活化温度的升高,样品的电容性能和功率特性越来越好,内阻也随活化温度的升高而降低。     

富含中孔的活性炭制备及其电化学性能研究

以线型酚醛树脂为前驱体,Ce(NO3)3为催化剂,通过水蒸气活化法,制备了中孔率高达82%的酚醛树脂基活性炭。N2吸附和扫描电镜的结果表明,Ce(NO3)3对水蒸气活化具有明显的催化作用。电化学性能测试的结果表明,这种富含中孔的活性炭具有较好的电化学性能,其比电容达140F/g,而且在高电流密度下,具有较好的比电容保持率,适合大电流充放电。     

褐煤基活性炭的制备及其电化学性能研究

以HCl-HF法脱矿物质处理后的云南莲花塘褐煤和内蒙古白音华褐煤以及这两种褐煤所制备的半焦为原料,将原料以KOH为活化剂的化学活化法制备活性炭,考察KOH用量和炭化终温对煤基活性炭比表面积、孔径分布及孔体积的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积与孔隙分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等测试手段表征活性炭的结构及表面性质。利用电化学工作站对活性炭电极进行循环伏安特性(CV)、交流阻抗特性(EIS)和充放电特性(GCD)分析,利用蓝电电池测试系统测试扣式电容器的电容保持率。结果表明：采用脱矿物质处理后的褐煤为原料,以KOH为活化剂的化学活化法,碱煤质量比为4∶1,炭化终温为800℃的条件下制备的活性炭的比表面积和孔体积最大;在此工艺条件下,莲花塘褐煤基活性炭的比表面积为2 728 m³/g,孔体积为1.58 cm³/g,白音华褐煤基活性炭的比表面积为1 824 m³/g,孔体积为1.00 cm³/g;将这两种活性炭作为电极材料,所制备的活性炭电极在电流密度为1...     

炭化对活性炭孔结构及甲烷吸附性能的影响

在惰性气氛下对以石油焦为原料,以KOH为活化剂制得的超级活性炭进行了二次炭化处理,并考察了处理前后超级活性炭的孔结构变化及不同压力下该活性炭对甲烷的吸附行为。结果发现：活性炭经1200℃下二次炭化处理后其BET比表面积及孔容有所下降,孔径分布变窄;其对甲烷孤质量吸附量下降,对甲烷的体积吸附量在较低压力下（＜3MPa）稍有增加,而在较高压力下（＞3MPa）时明显减少。     

浸渍活性炭脱硫过程中孔结构及气体湿度的影响

<正>引言 浸渍活性炭是一种低温、高效脱硫剂,其硫容量可达52%以上,特别适合于低H_2S浓度的天然气脱硫净化过程。活性炭孔结构是影响脱硫效率的关键因素,许多人曾对此作过研究,但结果却很不一致,如Swinarski和Siedlewski的研究表明脱硫活性与孔径在3.5nm—8nm的孔表面积成正比,而认为小于3.5nm的孔没有脱硫效果,并且反应生成的硫最初总是覆盖在8nm—30nm的大孔中,这种硫不影响催化活性。Sreeramamurthy和Menon分析了活性炭孔内生成的硫,其结果表明反应最初阶段生成的硫沉积在相当于20个硫原子的大孔内,这部分约占总的硫生成量的70%,而后才填充到直至4个硫原子的微孔中,Steijins和Mars研究了不同孔结构物质的脱硫效果,发现孔径在0.5nm—1nm范围内的微孔具有最高的催化活性,太大和太小的孔的脱硫效果则要弱得多。     

PAN基活性炭纤维的制备及孔结构分析

采用水蒸汽活化法制备了具有不同比表面积的ＰＡＮ基活性炭纤维，并对其孔结构进行了较为详细的分析，结果表明，ＰＡＮ基活性炭纤维孔结构以直径小于１０Ａ的微孔为主，孔径分布窄，Ｄ－Ｒ，Ｄ－Ａ方程对其有良好的适用性。Ｈ－Ｋ法分析结果与Ｄ－Ｒ，Ｄ－Ａ方程结果相一致。     

竹基活性炭的制备及电化学性能研究

以竹子为基材,氢氧化钾、磷酸、氯化锌作为活化剂,惰性气氛下,高温法制备超级电容器用活性炭。研究表明:分别采用上述活性剂作为活化剂,制备的竹基超级电容器用活性炭,组装的测试电容漏电电流分别为0. 117、0. 227、0. 175 m A,2 500次循环后比电容分别为244、221、232 F/g,容量保持率分别为99. 9%、97. 8%、96. 7%。     

活性炭孔结构表征研究

N2吸附法是表征多孔材料孔结构的最常用的方法,具有操作简便、样品可回收的优点.N2吸附法测量结果通过不同的数学模型处理,获得微孔(＜2 nm)和中大孔(2 nm～100 nm)数据.应用N2吸附法和扫描电镜对煤基活性炭进行了系统的表征研究,从理论上对BJH法进行了探讨,归纳出了四种典型活性炭的吸附等温线.结合N2吸附法的吸附-脱附数据及扫描电镜表征结果,对其孔结构特点进行全面分析.     

协同活化对煤基活性炭物化性能的调控

以太西无烟煤为原料,KOH/NaOH为活化剂,在碱炭比为4:1,800 C活化1 h的条件下,制备高比表面积活性炭.采用N2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔结构进行了表征,并考察了KOH/NaOH协同活化对活性炭比表面积及孔结构的影响.随着活化剂组成中KOH比例的增加,活性炭的比表面积、孔容、收率增大,孔径分布变窄,表观密度降低,KOH和NaOH作为活化剂有着不同的活化机理,合理地调节活化剂中两组分的比例,可以起到协同活化的作用,能对活性炭的比表面积、孔结构、收率及表观密度等物化性能进行有效的调控.     

活性炭配炭的吸附性能及其与孔结构的关系

采制11种典型水处理用商品活性炭样品,两两混合进行配炭,对配炭组分及配炭的碘值、亚甲蓝值、丹宁酸值和焦糖脱色率等吸附性能指标及孔结构特征进行了测试和表征。采用加权平均拟合、线性拟合及多项式拟合等方法,研究配炭吸附性能指标与配炭组分吸附性能指标间的量化关系,关联活性炭孔结构与吸附性能指标。结果表明：活性炭配炭的吸附性能指标可由配炭组分的吸附性能指标通过加权平均计算,相对误差<4%,且配炭的孔结构也具备加和性;活性炭碘值、亚甲蓝值、丹宁酸值和焦糖脱色率的大小分别取决于活性炭1.0~2.8nm、1.5~10nm、2.0~50nm和3.0~50nm孔隙的发达程度,与孔容积的线性相关系数介于0.91~0.94。     

环糊精基活性炭的制备及其电化学性能

以环糊精为原料,采取先炭化后活化的方式,制备了具有高比表面积和丰富孔道结构的活性炭材料。本文通过改变KOH与环糊精炭化样品之间的碱炭比,研究了KOH用量对环糊精基活性炭结构及其电化学性能影响。在活化时间、活化温度等因素不变的情况下,活性炭的比表面积、总孔容及比电容随着碱炭比的提高,均呈现先增大后减小的趋势。当碱炭比为3时,活性炭的比表面积为1672m²/g,总孔容为0.75cm³/g,具有最佳的电容性能,在1A/g电流密度下比电容可达165F/g,优于同等条件下的商业炭21KSN（145F/g）,50000次循环后的比电容保持率为98.7%。     

酚醛树脂基活性炭材料的制备及其电化学性能

以酚醛树脂（PF）为原料,聚乙二醇（PEG）为造孔剂,采用聚合物共混炭化及水蒸气活化法制备超级电容器电极用活性炭。通过热重（TG）分析探讨了PF、PEG及其共混物（PF-PEG）在升温过程中的热解行为,用N₂-BET法测试比表面积及其孔结构参数。通过测试恒流充放电、循环伏安和交流阻抗曲线分析其电化学性能,研究了活化温度、水蒸气流速及活化时间对活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,当活化温度为900℃、水蒸气流速为1 ml·min^-1、活化时间为2 h时制备的活性炭结构和性能相对较好,孔径主要分布在2 nm以下,比电容达到105.4 F·g^-1,具有良好的电容特性。     

活性炭表面含氧官能团对水中卤乙酸吸附去除的影响

为了改善极性、亲水性卤乙酸(HAAs)分子在非极性、疏水性活性炭上的吸附性能,利用N₂等温吸附实验、X射线光电子能谱实验（XPS）、HAAs等温吸附实验等方法,对几种不同产地的活性炭孔隙结构、表面元素形态结构组成,以及HAAs吸附性能进行了研究,考察了活性炭孔结构及含氧官能团对HAAs吸附性能的影响.活性炭表面含氧官能团对HAAs的吸附性能影响显著,当活性炭表面含氧官能团组成较小时,其HAAs吸附能力较强.     

活性炭材料的孔结构调控及表面修饰

活性炭材料是一种性能优良的吸附剂,在环境治理方面具有重要的意义。活性炭材料的孔隙结构及表面性质决定了活性炭的性能,通过孔隙结构的调控和表面修饰可以提高其吸附性能。概述了活性炭的各种孔结构调控和表面修饰处理的方法,展望了其发展趋势。     

Preparation and characterization of polymer‐based spherical activated carbons with tailored pore structure

A series of spherical activated carbons (SACs) with different pore structure were prepared from divinylbenzene‐based polymer through CO₂ activation. The effect of activation temperature and retention time on the yield and textural properties of the resulting SACs were studied. The SACs were characterized by N₂ adsorption, X‐ray diffraction, scanning electron microscopy, and aqueous adsorption assays. Either increasing activation temperature or extending retention time decreases the yield of SACs. The BET surface area and pore volume increase with activation temperature and reach a maximum at 1000°C and then decrease at higher activation temperatures. At 1000°C, BET surface area, total pore volume, and mesopore pore volume increase with retention time from 0.5 to 2 h, and meanwhile micropore volume decreases. The micropores are gradually widened into mesopores with increasing activation temperature or extending retention time. SEM and XRD analyses of SAC10 verify the presence of developed porous structure composed of disordered micrographite stacking. Aqueous adsorption assays indicate that SACs have good adsorption capacity for phenol. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

物理吸附仪测定活性炭载体比表面积及孔结构的方法

介绍了利用物理吸附仪测定活性炭的基本原理、模型及测定方法。通过改变相对压力点（P／Po）使活性炭孔结构的测定更加准确。     

Regeneration of phenol‐saturated activated carbon in an electrochemical reactor

The regeneration of phenol‐saturated activated carbon in an electrochemical reactor was investigated in order to develop a novel regeneration method of activated carbon. The regeneration of spent activated carbon saturated with phenol was conducted in a stirred electrochemical reactor under different operating conditions. The influences of operating parameters, such as regeneration current intensity and time, on regeneration efficiency were systematically investigated. The regeneration efficiency can reach over 80% under continuous stirring in the reactor, and it only decreases by less than 5% after four regeneration cycles. Electrochemical regeneration in the stirred electrochemical reactor is shown to be an effective method for the regeneration of phenol‐saturated activated carbon with a much higher regeneration efficiency compared with a process using NaOH solution. © 2002 Society of Chemical Industry     

Porous structure and liquid‐phase adsorption properties of activated carbon aerogels

In this article, activated carbon aerogels (ACAs) were prepared by CO₂ activation. Their pore structures were investigated by N₂ adsorption–desorption analysis. ACAs have excellent microporosity (e.g. 0.36 cm³/g) and mesoporosity (e.g. 1.72 cm³/g). Adsorption characteristics of phenol, methylene blue, I₂, and VB₁₂ on ACAs in the liquid phase were studied by static adsorption experiments. Results showed that CO₂ activation process is an effective way to introduce micropores in carbon aerogels, which is enhanced with the increase of activation time. As a result, the adsorption capacities of the four mentioned adsorbates on ACAs were improved gradually with the increase of activation time. However, mesopore volume is also a factor on improving adsorption properties for the relatively giant molecules methylene blue and VB₁₂. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 2007