活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　棕櫚廢物由于其木質(zhì)纖維素化學(xué)和豐度轉(zhuǎn)很適合制造活性炭，其實(shí)在我們研究前已經(jīng)有幾種棕櫚廢物有過被制成活性炭而用于各種應(yīng)用。高度多孔的材料可以應(yīng)用于氣體，重金屬，化學(xué)吸附，水凈化，以及作為電化學(xué)雙層電容器的活性材料。由于預(yù)備條件的變化，棕櫚廢物制成的活性炭在電化學(xué)性質(zhì)方面沒有充分的比較。本期我們使用棕櫚仁殼，油棕纖維和空果束通過一步物理碳化和活化來產(chǎn)生活性炭，提出了幾種活性炭理化特性的對比分析。

　　棕櫚廢物預(yù)處理

　　在環(huán)境保護(hù)和工業(yè)應(yīng)用中對氣體傳感和吸附，儲(chǔ)能裝置和水處理的新型，高效和經(jīng)濟(jì)材料有很大的需求。來自農(nóng)業(yè)廢棄物的活性炭可調(diào)孔徑，穩(wěn)定的熱和機(jī)械強(qiáng)度使其成為昂貴的石墨烯基材料的合適替代品。活性炭的制造過程使用空果束，油棕纖維和棕櫚仁殼分別浸泡在蒸餾水中24小時(shí)。然后用CH3COCH3洗滌樣品，并在110℃下在烘箱中干燥24小時(shí)。圖1顯示了預(yù)處理過程后所有原料的圖像。

　　圖1：預(yù)處理活性炭前體的圖像。

　　碳化和活化

　　將三種棕櫚廢物預(yù)處理的樣品碳化并通過一步法在700℃下在氬氣流下使用管式爐以10℃/min的加熱速率活化。當(dāng)達(dá)到700℃的設(shè)定溫度時(shí)，以5L/min的流速代替氮?dú)獾臍鍤饬鳎�以活�?小時(shí)的保持時(shí)間。圖2顯示了一步物理活化的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。然后使樣品冷卻并儲(chǔ)存在密閉容器中以避免孔吸附大氣氣體。

　　圖2：一步物理活化的原理圖設(shè)置。

　　幾種活性炭的分析結(jié)果

　　FESEM：三種活性炭在不同放大倍數(shù)下的顯微圖像顯示在圖3中。空果束活性炭樣品產(chǎn)生的蜂窩狀圖案孔隙網(wǎng)絡(luò)與優(yōu)化的碳納米管相似。油棕纖維活性炭上的孔也類似于空果束活性炭的蜂窩圖案。然而，與油棕纖維炭和棕櫚仁殼炭相比，空果束炭中的孔網(wǎng)絡(luò)更加突出和發(fā)展。棕櫚仁殼活性炭樣品顯示出很少的隧道孔，并含有阻塞毛孔的可見微塊。發(fā)達(dá)的多孔網(wǎng)絡(luò)表明可以沉積吸附物或離子的高表面積。

　　圖3：不同放大倍數(shù)下觀察到的三種活性炭。

　　CHNS分析：在碳化和活化之前分析預(yù)處理活性炭的元素組成。圖4顯示了預(yù)處理樣品的定量元素分析的圖示。碳是所有樣品中最突出的元素，棕櫚仁殼，空果束和油棕纖維分別為48.55%，47.78%和47.05%。空果束含有7.03%的氫和1.36%的氮。油棕纖維含有6.58%的氫，1.73%的氮，而棕櫚仁殼含有6.26%的氫和1.05%的氮。對于所有活性炭樣品，硫含量不太重要，因?yàn)樗鼈兒�量低�?%。

　　圖4：預(yù)處理活性炭的元素組成。

　　BET表面積和孔徑分布：所述吸附物在物理吸附過程中使用是氮?dú)狻Ｎ�附和解吸等溫線用于估計(jì)每個(gè)活性炭的表面積和孔分布。圖5顯示了三種活性炭的等溫線圖。在低相對壓力下在所有樣品上觀察到開放式II型滯后曲線。據(jù)說，當(dāng)前體碳化過程中不完全燃燒導(dǎo)致孔隙收縮時(shí)，這種開口性和低相對壓力下的低吸附性隨著相對壓力的增加而增加]。

　　圖5：活性炭的氮吸附和解吸等溫線。

　　通過一步物理活化技術(shù)從資源豐富的棕櫚仁殼，油棕纖維和空果束中制造活性炭。結(jié)果表明，所有原料都具有高百分比的固定碳，這有助于轉(zhuǎn)化成活性炭。由這些起始材料衍生的無定形活性炭的生理化學(xué)性質(zhì)包括元素組成，孔的寬蜂窩網(wǎng)絡(luò)，高表面積和表面官能團(tuán)。這些特性使材料適用于氣體，重金屬和化學(xué)吸附，廢水處理和電化學(xué)雙層電容器的活性材料 。因此，通過將它們用作用于不同應(yīng)用的活性炭制造的起始材料，可以從廢棄且對環(huán)境具有污染的廢物中獲得經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

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