落葉松基多孔炭的形貌控制制備研究.pdf

1、賦予多孔炭材料以特定的形貌及孔徑結(jié)構(gòu)，無(wú)論是從材料合成科學(xué)的角度，還是從材料應(yīng)用的角度，均具有重要的意義。生物質(zhì)原料的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，結(jié)構(gòu)上含有較多的氧，在熱解時(shí)不經(jīng)過(guò)液相這一步，炭化時(shí)是典型的固相炭化，微晶的擇優(yōu)取向困難，難于生成高度有序的孔結(jié)構(gòu)。以生物質(zhì)為基體，采用常規(guī)的惰性氣氛下炭化活化，其生物遺態(tài)的結(jié)構(gòu)將在很大程度上保留。因此，傳統(tǒng)方法在制備具有指定形貌及孔徑結(jié)構(gòu)生物質(zhì)基多孔炭方面存在巨大障礙。
　　本

2、文以酚醛樹(shù)脂為原料，經(jīng)過(guò)樹(shù)脂化、自身組裝聚合、活化、炭化等工藝制備出具有球形形貌的微-介雙階多孔炭材料;以此為基礎(chǔ)，選用落葉松木屑為原料，經(jīng)木材液化、熱固樹(shù)脂化、高溫炭化過(guò)程，選用三嵌段聚合物F127制備落葉松基介孔炭材料，并通過(guò)調(diào)整反應(yīng)條件控制炭材料的表面形貌，制備出具有球形結(jié)構(gòu)的介孔炭材料;通過(guò)KOH活化法制備出球形微-介雙階多孔炭;通過(guò)控制反應(yīng)條件調(diào)整反應(yīng)物粘度，制備出具有有序的孔隙結(jié)構(gòu)無(wú)支撐體分子篩炭膜。通過(guò)X-射線(xiàn)衍射分析、熱

3、重分析、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、低溫氮?dú)馕絻x對(duì)制備材料進(jìn)行了性能及應(yīng)用研究。論文主要內(nèi)容如下:
　　以苯酚和甲醛為原料，在堿性條件下聚合，然后在酸性條件下與軟模板劑嵌段共聚物F127自組裝形成中間相，經(jīng)高溫煅燒合成球形微—介雙階多孔炭(HCSp)。結(jié)果表明，pH值、軟模板劑用量和活化溫度對(duì)樣品形貌有調(diào)控作用，軟模板劑F127的理想質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.6％，pH值為0.5，活化溫度為700℃。此時(shí)可制備出直徑為100-200

4、nm的球形炭，球形粒子分散均勻，排列規(guī)整，呈明顯蠕蟲(chóng)狀排列的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積為503 m2/g，孔容積0.416 cm3/g，介孔孔徑集中分布在2.9 nm，微孔主要分布在1.3 nm間。隨著活化溫度升高，炭球的比表面積和孔容積增大，平均孔徑減小。
　　以落葉松木屑為原料，經(jīng)苯酚液化形成液化產(chǎn)物，與甲醛反應(yīng)形成落葉松基酚醛樹(shù)脂，選用嵌段共聚物F127作為軟模板，與酚醛樹(shù)脂進(jìn)行自組裝反應(yīng)形成球形結(jié)構(gòu)，經(jīng)水熱法優(yōu)化球形結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)高

5、溫煅燒去除軟模板劑得到球形介孔炭材料(CS1)，通過(guò)控制F127的濃度控制炭材料的形貌和尺寸，炭化溫度調(diào)整孔形狀。結(jié)果表明，F(xiàn)127濃度為6％時(shí)制備的炭具有較好的球形結(jié)構(gòu)，隨著F127量的增加，形貌尺寸減小，由球形形貌轉(zhuǎn)化為樹(shù)莓狀形貌。隨著炭化溫度的增加孔結(jié)構(gòu)由螺旋狀轉(zhuǎn)化為蠕蟲(chóng)狀再轉(zhuǎn)化為波紋狀，同時(shí)，700℃反應(yīng)條件下的樣品比表面積、孔容和微孔含量分別增加至410m2/g，0.291 cm3/g，48.5％。然而孔尺寸呈明顯下降趨勢(shì)。<

6、br>　　以落葉松木屑為原料，F(xiàn)127為軟模板劑，通過(guò)木材液化，樹(shù)脂化和活化法制備微-介雙階多孔炭球(HCS1)，炭球尺寸主要集中在20-30μm，介孔集中在2.0-4.3 nm，微孔主要集中在1.2-2.0 nm。在700℃下具有最高的比表面積和孔容積，分別為1064 m2/g和0.503 cm3/g。炭材料的孔徑結(jié)構(gòu)通過(guò)不同溫度活化控制，活化溫度越高，微孔也隨之增加。當(dāng)活化溫度達(dá)到700℃時(shí)，比表面積達(dá)到1064 m2/g，孔容達(dá)到

7、0.503 cm3/g。此外，比表面積和總孔容隨著活化溫度的增加而增加。HCS1在形成過(guò)程中發(fā)生了四步分解過(guò)程，分別在250，375，450和650℃，250℃的失重峰對(duì)應(yīng)了F127的分解，375℃的峰對(duì)應(yīng)樹(shù)脂的初級(jí)碳化形成碳基材料，450℃的峰對(duì)應(yīng)二級(jí)碳化過(guò)程，形成炭材料，650℃的峰對(duì)應(yīng)的是K2CO3的分解過(guò)程。
　　以落葉松苯酚液化物為原料，利用浸漬法鋪成非支撐體膜，調(diào)整反應(yīng)時(shí)間和溫度控制反應(yīng)物粘度，通過(guò)高溫炭化制備具有有序