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《新型生物质基多孔炭》可作为林产化工、材料科学和环境科学等领域技术人员和高等院校相关专业师生的参考书。
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| 內容簡介： |
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针对当今石油资源短缺、能源严重依赖进口、“白色污染”严重的现状，合理开发和利用可循环利用的生物质及其废弃物等天然资源具有良好的经济、社会和生态效益，乃至可以催生一个新的生物质材料产业。《新型生物质基多孔炭》以生物质为一种新型原料，探索研究制备木质基泡沫炭、木质基有序炭材料、生物质基球形多孔炭、成型多孔炭、功能活性炭及彩色活性炭，系统研究多孔炭孔结构、表面化学官能团结构对应用性能的影响规律；通过调控不同的反应条件合成了不同种生物质基多孔炭；阐明了不同多孔炭的形成机理；并尝试其在吸附、催化等领域的应用。
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| 目錄：
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"目录
第1篇木质基新型泡沫炭
第1章木质基泡沫炭3
1.1泡沫炭的概述3
1.1.1泡沫炭的历史3
1.1.2泡沫炭的种类4
1.1.3泡沫炭的制备方法4
1.1.4泡沫炭的制备原料8
1.1.5泡沫炭的改性9
1.1.6泡沫炭的应用10
1.1.7泡沫炭的研究前景11
1.2木质生物质概述12
1.2.1开发木质生物质资源的背景12
1.2.2木材液化的发展前景16
参考文献16
第2章木质基多孔泡沫炭24
2.1木质基多孔泡沫炭的制备工艺24
2.1.1落叶松综纤维素的制备24
2.1.2木材液化工艺24
2.1.3木质基多孔泡沫炭的制备25
2.1.4热塑性酚醛树脂基多孔泡沫炭的制备26
2.2木质基多孔泡沫炭的性能研究27
2.2.1液化条件对液化的影响27
2.2.2固化剂对多孔泡沫炭制备的影响28
2.2.3热分析29
2.2.4XRD分析31
2.2.5形貌分析33
2.2.6孔结构分析35
参考文献37
第3章木质基蜂窝状泡沫炭39
3.1木质基蜂窝状泡沫炭的制备工艺39
3.1.1木质基蜂窝状泡沫炭的制备39
3.1.2热固性酚醛树脂基蜂窝状泡沫炭的制备41
3.2木质基蜂窝状泡沫炭的性能研究41
3.2.1热分析41
3.2.2XRD分析42
3.2.3形貌分析45
3.2.4孔结构分析49
参考文献52
第4章木质基网状泡沫炭54
4.1木质基网状泡沫炭的制备工艺54
4.1.1KOH活化法54
4.1.2磷酸活化法55
4.2木质基网状泡沫炭的性能研究55
4.2.1活化剂浓度的影响55
4.2.2活化温度的影响56
4.2.3网状泡沫炭性质57
4.2.4XRD分析58
4.2.5形貌分析62
4.2.6孔结构分析66
4.2.7甲苯吸附72
4.2.8机理分析73
参考文献74
第5章落叶松基高强度微孔泡沫炭75
5.1落叶松基高强度微孔泡沫炭的制备工艺75
5.2落叶松基高强度微孔泡沫炭的性能研究76
5.2.1热分析76
5.2.2扫描电镜及能谱分析77
5.2.3孔结构分析78
5.2.4压缩强度分析79
5.2.5泡沫炭的吸油实验80
参考文献82
第6章落叶松基高强度泡沫炭的改性研究83
6.1落叶松基高强度泡沫炭的改性工艺83
6.1.1高强度泡沫炭的磷酸活化83
6.1.2高强度泡沫炭的磺化83
6.1.3泡沫炭的磺酸基密度及接枝率测定83
6.1.4磺酸基泡沫炭催化性能的考察84
6.2落叶松基高强度泡沫炭的改性性能研究84
6.2.1扫描电镜及能谱分析84
6.2.2磷酸活化后的泡沫炭的孔结构分析84
6.2.3红外分析88
6.2.4泡沫炭的磺酸基密度及接枝率分析89
6.2.5磺酸基泡沫炭的催化性能分析89
参考文献91
第2篇木质基有序炭材料
第7章落叶松基有序泡沫炭95
7.1落叶松基有序泡沫炭的制备工艺96
7.1.1落叶松的液化96
7.1.2落叶松基有序泡沫炭的制备96
7.1.3落叶松基蜂窝状高比表面积有序泡沫炭的表征96
7.1.4苯酚和维生素B12的吸附97
7.1.5油的吸附98
7.2落叶松基有序泡沫炭的性能研究99
7.2.1热分析99
7.2.2形貌及物理性能分析100
7.2.3孔结构分析101
7.2.4机理分析106
7.2.5泡沫炭对苯酚和维生素B12的吸附分析107
7.2.6泡沫炭对油的吸附分析108
参考文献109
第8章落叶松基有序炭膜112
8.1落叶松基有序炭膜的制备工艺112
8.1.1主要仪器和试剂112
8.1.2炭膜的制备113
8.1.3表征114
8.2落叶松基有序炭膜的性能研究114
8.2.1形貌分析114
8.2.2孔结构分析115
8.2.3吸附性能117
参考文献117
第3篇生物质基球形多孔炭
第9章球形多孔炭121
9.1球形多孔炭的概述121
9.2球形多孔炭的制备工艺121
9.2.1水热法121
9.2.2化学气相沉积法122
9.2.3模板法122
9.2.4电弧放电法123
9.2.5高温热解法123
9.2.6还原法123
9.2.7其他制备方法124
9.3球形多孔炭的生物质原料124
9.3.1葡萄糖124
9.3.2蔗糖125
9.3.3淀粉126
9.3.4纤维素及其衍生物126
9.3.5其他127
9.4球形多孔炭及其衍生物的应用127
9.4.1硬质炭球127
9.4.2胶体炭球128
9.4.3炭胶囊129
9.4.4炭球的衍生物130
9.5球形多孔炭及其衍生物的形成机理132
9.5.1Lamer模式生长机理132
9.5.2熵增长模式133
9.6球形多孔炭的应用135
9.6.1模板剂135
9.6.2电极材料136
9.6.3催化剂材料 136
9.6.4医药领域137
9.6.5吸附剂137
参考文献138
第10章葡萄糖基炭球的水热制备141
10.1葡萄糖基炭球的制备工艺141
10.1.1葡萄糖基炭球的水热合成141
10.1.2葡萄糖基炭球的二次水热过程141
10.2葡萄糖基炭球的影响因素141
10.2.1水热合成条件的影响141
10.2.2反应温度的影响142
10.2.3葡萄糖浓度的影响143
10.2.4反应时间的影响145
10.2.5清洗过程的影响146
10.3葡萄糖基炭球的性能研究147
10.3.1红外分析147
10.3.2XRD分析148
10.3.3能谱分析149
10.4二次水热对炭球形貌及粒径的影响150
10.5葡萄糖基炭球的形成机理151
10.6葡萄糖基炭球的应用152
参考文献153
第11章葡萄糖基多孔炭球155
11.1KOH研磨法制备葡萄糖基多孔炭球155
11.2KOH浸渍法制备葡萄糖基多孔炭球157
11.2.1预活化的影响157
11.2.2活化温度的影响159
11.2.3活化时间的影响161
11.2.4KOH浓度的影响163
11.2.5红外分析164
11.3葡萄糖基多孔炭球的形成机理164
参考文献166
第12章麦草碱木质素炭球167
12.1麦草碱木质素炭球的制备工艺167
12.1.1主要仪器和试剂167
12.1.2原材料组分分析168
12.1.3球形木质素前驱体的制备168
12.1.4球形活性炭的制备169
12.2麦草碱木质素炭球的性能研究169
12.2.1球形木质素169
12.2.2球形活性炭171
12.2.3球形活性炭的孔结构性能172
12.2.4红外分析173
参考文献174
第13章纤维素基炭球
13.1柠檬酸催化法制备纤维素基炭球
13.1.1柠檬酸催化法制备纤维素基炭球的制备工艺
13.1.2柠檬酸催化法制备纤维素基炭球的性能研究
13.1.3葡萄糖基炭球的形成机理
13.1.4葡萄糖基载银炭球
13.2丙烯酸催化法制备纤维素基花状炭球
13.2.1丙烯酸催化法制备纤维素基花状炭球的制备工艺
13.2.2丙烯酸催化法制备纤维素基花状炭球的性能研究
13.2.3花状炭球的形成机理
13.2.4花状炭球对铜离子的吸附性能研究
13.3浓硫酸催化法制备磺酸基炭球
13.3.1浓硫酸催化法制备磺酸基炭球的制备工艺
13.3.2浓硫酸催化法制备磺酸基炭球的性能研究
13.3.3炭球的形成机理
13.3.4炭球对纤维素的催化水解
13.4软模板法制备纤维素基炭球
13.4.1软模板法制备纤维素基炭球的制备工艺
13.4.2软模板法制备纤维素基炭球的性能研究
参考文献
第4篇成型多孔炭
第14章成型活性炭
14.1成型活性炭概述
14.2成型活性炭的制备工艺
14.2.1以碳质前驱体为原料
14.2.2活性炭黏结成型
14.2.3聚合物发泡成型
14.3活性炭成型过程的影响因素
14.3.1原料的影响
14.3.2黏结剂的影响
14.3.3成型工艺的影响
14.3.4填充物的影响
14.4成型活性炭的应用
14.4.1天然气储存
14.4.2汽油回收
14.4.3环境净化
14.4.4电容器电极材料
14.4.5催化剂载体
参考文献
第15章聚氨酯基成型泡沫炭
15.1聚氨酯基成型泡沫炭的制备工艺
15.2聚氨酯基成型泡沫炭的性能研究
15.2.1孔结构分析
15.2.2形貌分析
15.2.3热分析
15.2.4泡沫炭吸附性能研究
参考文献
第16章CMC基柱状成型活性炭
16.1CMC基柱状成型活性炭的制备工艺
16.2CMC基柱状成型活性炭的性能研究
16.2.1成型温度的影响
16.2.2CMC添加量的影响
16.2.3热分析
16.2.4强度的测定
16.2.5甲苯吸附性能的测定
参考文献
第17章改性淀粉基柱状成型活性炭
17.1改性淀粉基柱状成型活性炭的制备工艺
17.2改性淀粉基柱状成型活性炭的性能研究
17.2.1成型温度的影响
17.2.2CMC添加量的影响
17.2.3热分析
17.2.4强度的测定
17.2.5甲苯吸附性能的测定
第5篇功能活性炭
第18章杀菌功能载银活性炭
18.1NaBH4还原法制备杀菌功能载银活性炭
18.1.1NaBH4还原法制备杀菌功能载银活性炭的制备工艺
18.1.2NaBH4还原法制备杀菌功能载银活性炭的性能研究
18.2醋酸银真空浸渍法制备杀菌功能载银活性炭
18.2.1醋酸银真空浸渍法制备杀菌功能载银活性炭的制备工艺
18.2.2醋酸银真空浸渍法制备杀菌功能载银活性炭的性能研究
参考文献
第19章N掺杂可见光响应杀菌功能活性炭
19.1N掺杂可见光响应杀菌功能活性炭的制备工艺
19.2N掺杂可见光响应杀菌功能活性炭的性能研究
19.2.1杀菌活性及抗流失性能测试
19.2.2XRD分析
19.2.3形貌分析
19.2.4红外分析
19.2.5样品孔结构特征及吸附性能
参考文献
第6篇彩色活性炭
第20章彩色活性炭
20.1彩色活性炭研究现状
20.2产品颜色及着色剂的选择
20.3彩色活性炭的制备工艺
20.3.1浸渍法
20.3.2喷涂法
20.3.3气相沉积法
20.4彩色炭雕的制备及其对VOCs的去除
参考文献
第21章彩色活性炭基体的制备研究
21.1彩色活性炭基体的制备工艺
21.1.1活性炭处理方法
21.1.2PE对活性炭粉尘的抑制作用测试
21.1.3P25悬浮液稳定性测试
21.1.4彩色活性炭基体制备
21.2彩色活性炭基体的性能研究
21.2.1不同处理方法对活性炭粉尘的抑制作用
21.2.2PE用量对活性炭粉尘的抑制作用
21.2.3彩色活性炭基体的制备与选择
参考文献
第22章基础色颗粒炭的制备研究
22.1基础色颗粒炭的制备工艺
22.1.1喷涂液配制
22.1.2彩色活性炭制备
22.2基础色颗粒炭的性能研究
22.2.1颗粒活性炭表面颜色影响因素
22.2.2比表面积及孔径分析
22.2.3甲苯吸附性能
22.2.4喷涂量的影响
22.2.5PE浓度的影响
第23章着色剂对彩色颗粒活性炭性能影响的研究
23.1形貌分析
23.2孔结构分析
23.3吸附性能分析
第24章基础色柱状活性炭的制备及性能研究
24.1基础色柱状活性炭的制备工艺
24.2基础色柱状活性炭的性能研究
24.2.1形貌分析
24.2.2孔结构分析
24.2.3吸附性能分析
第25章TiO2中空微球为原料制备浅灰蓝色活性炭
25.1TiO2中空微球为原料制备浅灰蓝色活性炭的制备工艺
25.2TiO2中空微球为原料制备浅灰蓝色活性炭的性能研究
25.2.1形貌分析
25.2.2能谱分析
25.2.3XRD分析
25.2.4孔结构分析
25.2.5TiO2中空微球形成机理分析
25.2.6光催化活性分析
25.3浅灰蓝色活性炭的制备工艺
25.4浅灰蓝色活性炭的性能研究
25.4.1孔结构分析
25.4.2形貌分析
参考文献
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"第1篇木质基新型泡沫炭第1章木质基泡沫炭
泡沫炭又称炭泡沫carbon foam， CF，是一种由孔泡和相互连接的孔泡组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。
泡沫炭孔径微小且相互贯穿，比表面积大，密度变化范围大，具有质轻、热震性好、耐高温、耐腐蚀、弹性好、强度大、抗氧化和易加工等特点，在声学、光学、电学、热学和动力学等方面具有独特性质。通过原料和加工工艺的选择可以有效地控制材料的总气孔率、气孔的形状、气孔的分布和韧带炭层的规则排布。相比于碳纤维，泡沫炭材料是各向同性的，可用作复合材料的增强体，可做成高热导性材料\[1-5\]。泡沫炭材料的优良性能在很多领域均得到应用，如热交换器\[6-8\]，催化剂载体\[9，10\]，气体吸附剂\[11\]，医用生物材料\[12\]，船舶、航天航空、核工业、军工用材料\[13-17\]，以及许多民用工业\[18\]等。
1.1泡沫炭的概述1.1.1泡沫炭的历史泡沫炭的研究始于20世纪60年代。1964年Ford\[19\]首次采用热固性树脂泡沫高温碳化制备了具有很大开孔的难石墨化的玻态炭，又称为网状玻璃质泡沫炭reticulated vitreous carbon foam， RVC 。随后美国橡树岭国家实验室的Googin 等\[20\]报道了通过调制前驱体（在前驱体中添加部分乙烷聚合物）控制泡沫炭的结构和性能。70年代，人们试图采用新的工艺或前驱体以降低生产成本。例如，美国Sandia国家实验室的Klett\[21\]以软木（一种天然的多孔体）为前驱体制备泡沫炭。在这之后的数十年间，研究人员在网状玻璃质泡沫炭的应用上进行了大量的工作，如用作电极或者高温环境（2500℃）中的绝热衬垫等。90年代，美国Ultramet 公司的研究人员通过化学气相沉积法（CVD）在网状玻璃质泡沫炭的棱柱上沉积热解石墨，得到三维结构的具有较高模量的棱柱，并尝试将其用作结构材料。
总体来讲，20世纪90年代以前的泡沫炭基本上是以树脂为前驱体。而到20世纪90年代出现了新一代泡沫炭，其研究方向主要集中于用沥青和煤作为前驱体替代树脂制备泡沫炭。
1.1.2泡沫炭的种类
泡沫炭大致分为两种类型：网状泡沫炭（reticulated carbon foam）和多孔泡沫炭（cellular carbon foam），其微观形貌见图1-1。
图1-1网状泡沫炭［a、b］与多孔泡沫炭c的扫描电镜图
a、（c）放大倍数为10；（b）放大倍数为50
网状泡沫炭的密度为0.08～0.80 gcm3，孔泡间的韧带结构类似于碳纤维，可用于树脂体系的强化，其经石墨化处理后具有高热导率、电导率，可用于热处理及电子领域。多孔泡沫炭的密度为0.35～0.80 gcm3，与前者相比，它的孔泡间的泡壁更完整、更厚，孔泡间的渗透性差，不易石墨化，更适用于结构材料及热绝缘领域\[22\]。
1.1.3泡沫炭的制备方法
目前，泡沫炭的制备方法主要有三种：自裂解发泡法、物理发泡法和模板法。自裂解发泡法可以得到孔隙率较大的多孔泡沫炭，但孔泡一般不均匀；物理发泡法可以得到孔泡均匀的网状泡沫炭，其孔隙率则取决于随后的碳化过程；模板法可以定向控制孔隙率，既可以制备多孔泡沫炭，也可以制备网状泡沫炭，无论哪种产物，其孔径一般都是均匀的。
1. 自裂解发泡法
自裂解发泡法就是原料在高温下发生裂解反应，形成多孔泡沫炭。
Yang等\[23\]以富芳油为原料，在一定温度下热处理，得到软化点分别为40℃、60℃的沥青，再经过800～1400℃下的裂解反应，得到表观密度为0.52～0.16 gcm3的泡沫炭（图1-2）。研究表明，800℃前产物微晶尺寸由2.3 nm减小到1.5 nm；800～1400℃，微晶尺寸由1.5 nm增加到4.2 nm，高温有利于石墨晶型的形成。 图1-21400℃下制备的泡沫炭扫描电镜图
Li等\[24\]将炭球与中间相沥青混合后，分别经460℃、1300℃和2600℃的高温处理，得到抗压强度23.7 MPa，热导率43.7 Wm K的石墨化泡沫炭。炭球的加入缩小了泡沫炭骨架的裂缝，增加了其抗压强度。
Rois等\[25\]将橄榄核研磨成3.5 mm大小的颗粒，在500℃下使其在惰性气与水蒸气的混合气氛中裂解发泡。图1-3为该法制备的样品，其表观密度为0.2～0.3 gcm3，60%～80%的孔泡尺寸为1 μm。研究发现，快速升温可以使原料迅速熔化，黏度迅速下降，同时裂解产生小分子产物，形成多孔泡沫炭。
图1-3橄榄核自裂解得到的多孔泡沫炭
2. 物理发泡法
物理发泡法是将CO2等气体或易产生气体的化合物与原料均匀混合，得到发泡前驱体，再经高温处理得到网状泡沫炭。
Liu等\[26\]采用正戊烷为发泡剂，使其与芳炔预聚物、吐温80、浓硫酸均匀混合，在100℃下制备出聚芳基乙炔泡沫，进一步在1000℃氮气氛下碳化，得到表观密度约0.6 gcm3，耐压强度25.8 MPa的高强度泡沫炭，改变硫酸的用量可以在10～100 μm范围内调整泡沫炭的韧带厚度。
图1-4酚醛树脂发泡法制备的泡沫炭
甘礼华等\[27\]采用正戊烷为发泡剂，使其与预先制备的热固性酚醛树脂及吐温80均匀混合，经60℃发泡固化后得到树脂泡沫，进一步在1000℃氮气氛下碳化，得到密度为0.082～0.20 gcm3，孔洞互相连通、韧带光滑、接点完好的具有良好结构的泡沫炭（图1-4）。制备中，酚醛树脂黏度及发泡剂用量是影响孔泡结构的主要因素。
3. 模板法
模板法就是以可在一定温度下分解或在特定溶剂中溶解的化合物为模板物质，与富碳前驱体充分混合，经发泡、高温碳化后，模板物质自动去除或经溶剂洗脱去除，留下具有特定孔隙度的泡沫炭。该法可制备孔径单一、孔结构可控的泡沫炭。图1-5是利用硅酸盐或硅胶为模板制备多孔炭材料的机理图\[28\]。
图1-5利用硅酸盐或硅胶为模板制备多孔炭材料的机理图［28］
Liu等\[29\]以山梨糖醇单油酸酯非离子表面活性剂及硅胶为去除模板，以酚醛"
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