甘蔗渣炭材料的制備及應(yīng)用.pdf

1、炭材料由于其優(yōu)良的化學(xué)惰性、耐熱性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等被廣泛的運用于化工、機械、電池、航空等領(lǐng)域中。近年來，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺的問題逐漸加深，當前世界能源消費仍以化石資源為主，一定程度上制約了炭材料的發(fā)展。生物質(zhì)是一種重要的可再生資源，且是唯一一種可再生碳源，使之成為制備炭材料的理想原料。本文以一種重要的生物質(zhì)資源、制糖工業(yè)的廢棄物——甘蔗渣為原料，制備甘蔗渣炭基固體酸、炭球和碳點材料，并研究它們的性能和應(yīng)用，主要研究成果如

2、下:
　　 (1)采用濃硫酸或磷酸、硫酸的混合酸處理甘蔗渣，經(jīng)由室溫浸泡或者180-260℃的加熱處理，可以制備得到無定形塊狀炭基固體酸或20-30nm的球形炭基固體酸。所得固體酸是具有較高含氧量的半炭化材料，表面有磺酸基團，總酸密度為0.47-2.64mmol/g。在催化檸檬酸正丁酯的合成中，甘蔗渣炭基固體酸表現(xiàn)出良好的催化活性和可重復(fù)使用性，檸檬酸的初始轉(zhuǎn)化率可達77.60％～92.68％;五次重復(fù)使用后，轉(zhuǎn)化率為77.22

3、％～81.11％，之后幾乎不再變化;催化效果均比NKC-9（一種強酸性陽離子交換樹脂）和NaHSO4好或者與之相當。
　　 (2)溶劑硫酸-水（質(zhì)量比7:3）、硫酸-磷酸（質(zhì)量比3:7）均能有效溶解甘蔗渣中的纖維素和半纖維素，不同濃度的甘蔗渣溶解液經(jīng)水熱反應(yīng)，可制得直徑為300nm-5μm的炭球，炭球的直徑隨著溶解液濃度的增大而增大。離子液體1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽與甘蔗渣180℃水熱反應(yīng)6h，可制備得到直徑為30-50n

4、m的炭球。通過超聲，可在炭球表面包覆Ag和Cu。
　　 (3)采用部分所制備的甘蔗渣炭材料作為炭前驅(qū)體，使用乙醇或者堿溶液提取制備甘蔗渣基碳點。碳點的平均直徑在10nm以下，表面含有-COOH、-OH等官能團。熒光量子產(chǎn)率為0.2％-6.6％，在310-350nm激發(fā)下有最大的發(fā)射峰，位置為410-450nm。堿性水熱處理可以提高弱熒光碳點的量子產(chǎn)率超過20倍，最佳反應(yīng)條件為200℃水熱8h，堿量∶碳點溶液用量=38-40mg∶