中孔活性炭

中孔活性炭指具有孔径以2~50nm为主的活性炭。由于对一些大分子物质或范德华半径较大的重金属或贵金属离子的吸附,内孔扩散阻力是控制步骤,这要求活性炭具有相对较大的孔隙结构(对于电化学超电容器,为提高活性炭电极的功率特性,消除电容器的扩散阻抗,窄分布的中孔结构被认为是最为理想的)。中孔活性炭在水处理(大分子污染物)、催化剂载体、超级电容器、双电层电容器、血液净化领域的广泛应用,极大促进了中孔活性炭制备方法研究。各种含碳原料(石油焦、炭纤维、酚醛树脂、沥青、棉花、苯酚树脂、人造纤维等)被用来尝试制备中孔活性炭,甚至以城市废弃物为原料研究了制备专门用于吸附脱除二恶英的活性炭。双电层电容器是一种先进的高能量存储元件,一般来说,双电层只能在大于0.5nm的孔径中才能形成,中孔活性炭是一种优良的双电层电容器的电极材料。发展具有中孔结构的多孔炭材料是提高双电层电容器性能的一个很有希望的方向。制备中孔活性炭的方法主要有化学活化法、金属离子催化活化法、混合聚合物共炭化法、有机凝胶炭化法和模板法。上述几种方法制备的中孔活性炭孔径分布范围均较宽。模板法能够在纳米水平上调控活性炭的孔隙结构,合成出高度有序、孔结构规则的中孔活性炭。 童仕唐等研究以煤沥青为原料,以纳米二氧化硅为模板,采用先模板印刻炭化,后加KOH活化的工艺,研制中孔分率较高且比表面积较大的中孔活性炭。Knox等用硅胶或多孔玻璃浸渍酚醛树脂并将树脂炭化,随后去除模板。Osumu Tanaike由PTFE和钠获得高中孔率的炭材料。鸿宇活性炭厂研究了硅溶胶模板法制备的作为超级电容器电极材料中孔炭的孔结构和电化学性能,中孔炭的平均孔径和比电容随硅溶胶/炭源(葡萄糖)比的增加而增大,提出了一种硅溶胶模板法与CO₂物理活化法相结合的模板一物理活化法,以提高中孔炭的表面积来提高中孔炭的比电容。 张引枝等研究了添加剂对活性炭纤维中孔结构的影响,发现在PAN纤维中添加金属氧化物Ti0₂和MgO颗粒,有机聚合物PVA,PVAc及炭素颗粒炭黑、石墨、活性炭等,都对提高活性炭纤维的中孔率有效;添加的TiO₂在活化过程中成为碳氧化的活性中心,在其周围形成中孔。鸿宇活性炭厂以贫煤为原料,硝酸盐为添加剂,制得中孔发达的活性炭。利用N2吸附脱附曲线对样品孔隙结构进行了表征,并考察了其吸附性能(碘值和亚甲基蓝值),结果表明,未加添加剂时。可以得到中孔孔容0.287mL/g,中孔率达72.4%的活性炭;加人添加剂后,微孔孔容和中孔孔容提高0.05mL/g左右,结果还表明,实验用硝酸盐有利于微孔的形成,能促进微孔向中孔(2.5~4nm)的发展,大幅提高中孔孔容,而且,利用不同浓度的添加剂可以对活性炭的孔隙进行定向的调变。大同烟煤配比较高时,有利于在低烧失率下制备高碘值、高亚甲基蓝值的活性炭,添加剂能促进3~4nm的中孔的发育。 更多与中孔活性炭及活性炭孔隙结构相关的文章: 活性炭的孔隙结构形态及孔容积研究 活化温度对活性炭比表面积和孔隙结构的影响 炭气凝胶法调控活性炭孔径 活性炭孔结构调整研究 特殊活性炭制备的孔修饰 磷酸再活化调控油茶活性炭的孔结构 活性炭微孔中的物理吸附作用 活性炭的孔结构与应用的关系