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气相氧化处理对沥青基球状活性炭表面化学及吸附性能的影响

刘朝军 , 梁晓怿 , 滕娜 , 刘小军 , 龙东辉 , 詹亮 , 张睿 , 杨俊和 , 凌立成

新型炭材料

利用气相氧化处理对沥青基球状活性炭(PSAC)进行氧化改性,考察了氧化改性气氛中氧含量、氧化时间和氧化温度对PSAC表面化学性能的影响.用氮气吸附法表征了PSAC的孔结构,并研究了改性前后PSAC对苯酚吸附性能的变化规律.结果表明:改性前后PSAC的孔结构变化不明显;当氧化改性气氛中氧含量为20%,氧化时间为5 h以及氧化温度分别为400 ℃和450 ℃时,沥青基球状活性炭的表面酸性官能团由0.11 meq/g分别增加到1.22 meq/g、1.60 meq/g,碱性官能团由0.52 meq/g分别减少到0.03 meq/g、0.02 meq/g;随着表面酸性官能团数量的逐渐增加,PSAC亲水性能逐渐增强,使得溶剂水对吸附位产生强烈的竞争吸附,最终导致PSAC对苯酚的吸附等温线由L型向S型转变.

关键词: 沥青基球状活性炭(PSAC) , 空气氧化 , 孔结构 , 吸附性能

苯酚-间甲酚-糠醛基炭气凝胶的制备及微结构控制

龙东辉 , 张洁 , 杨俊和 , 胡子君 , 李同起 , 成果 , 张睿 , 凌立成

新型炭材料

以苯酚、间甲酚和糠醛为原料,在正丙醇溶剂中以盐酸为催化剂经溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,直接超临界正丙醇干燥得到有机气凝胶,在氮气保护下裂解制备出富含中孔的炭气凝胶.用IR、N2吸附、SEM、TEM等表征气凝胶的结构特征,考察了问甲酚苯酚摩尔比对凝胶结构的影响.结果发现:提高间甲酚的含量能够增强聚合物的交联密度,减小聚合物与溶剂的相溶性,缩短相分离时间,有利于得到较小的纳米颗粒和孔径的炭气凝胶.所制得的炭气凝胶平均中孔孔径随间甲酚含量的增加从47 nm逐渐减小至13 nm,BET比表面积和中孔孔容在m-C/P=0.33时达到最大值.

关键词: 炭气凝胶 , 溶胶-凝胶法 , 超临界干燥 , 密度 , 孔隙

氧化前处理对炭气凝胶孔结构的影响

张睿 , 李雯 , 胡子君 , 龙东辉 , 谢应波 , 成果 , 凌立成 , 杨俊和

新型炭材料

在110℃～170℃范围内对糠醛-酚醛基有机气凝胶进行氧化处理1h～7h,考察了氧化对有机气凝胶热裂解产生的炭气凝胶孔结构的影响.结果表明:氧化可避免有机气凝胶纳米骨架在裂解过程中的塑性阶段发生,有机气凝胶的适度氧化有利于纳米结构的稳定化;由于空气在大、中、微孑L中扩散的差别,氧化前处理对炭气凝胶的大、中、微孔有不同的影响,尤其对接近中孔的大孔影响最大.在所考察的氧化温度和时间内,130℃/7h时或150℃/3h时的适度氧化条件下,可显著提高中孔孔容、中孔比表面和BET比表面.

关键词: 有机气凝胶 , 炭气凝胶 , 氧化处理 , 孔结构

炭气凝胶/活性炭复合电极在有机电解液体系双电层电容器中的阻抗

刘希邈 , 张睿 , 詹亮 , 龙东辉 , 乔文明 , 杨俊和 , 凌立成

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2007.02.011

分别以炭气凝胶(CAG),炭黑(CB)以及石墨(G)为导电剂与KOH活化法高比表面积活性炭(HSAC)制备复合电极,组装成双电层电容器,在(C2H5)4NBF4/丙烯碳酸盐电解液体系中进行交流阻抗测试分析.应用动力学及电子传递控制的等效电路模型对各电极的实验阻抗数据进行拟合得到相应的模型参数,串联溶液电阻Rs、极化电阻Rp、能斯特边界层厚度δ及平均孔内离子扩散系数D.结果表明,炭气凝胶复合电极的孔内离子扩散系数D最高,极化电阻Rp与炭黑复合电极接近.炭气凝胶电极的内阻为各电极中最低并且具有最高的比电容.

关键词: 炭气凝胶 , 活性炭 , 双电层电容器 , 电容 , 阻抗

有序中孔炭球的自组装合成及其结构控制

卢丰 , 龙东辉 , 乔文明 , 詹亮 , 凌立成

无机材料学报 doi:10.3724/sp.j.1077.2009.00571

以间苯二酚糠醛低聚物为炭前驱体，三嵌段共聚物F127为结构导向剂，通过悬浮辅助的蒸发诱导自组装乳化成球，高温炭化后得到有序中孔炭球. 考察了乳化剂用量和搅拌速度对有序中孔炭球的粒径和表面形貌影响，嵌段共聚物F127与间苯二酚摩尔比（F127/R）及间苯二酚糠醛反应时间对有序中孔炭球的微观结构影响. 结果表明：当乳化剂用量从0.1vol%增加到2.0vol%，有序中孔炭球的粒径从400μm减小到100μm；在乳化剂用量相同时，搅拌速度从100r/min增加到600r/min, 有序中孔炭球的粒径从341μm减小到60μm；当 F127/R的比值为0.008、0.015和0.025时，分别制得三维体心立方、二维六方和无序蠕虫结构的中孔炭球.

关键词: 有序中孔炭球 , evaporationinduced self-assembly , suspension , structure control

炭二氧化硅复合气凝胶的合成及结构分析

陈亮 , 张睿 , 龙东辉 , 凌立成

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2009.00690

将二氧化硅溶胶和间苯二酚-甲醛溶液混合，经溶胶凝胶反应得到复合湿凝胶. 再经超临界干燥和炭化得到炭-二氧化硅复合气凝胶. 分别用氢氟酸刻蚀和空气烧蚀复合气凝胶中的二氧化硅和炭，得到结构完整的炭气凝胶和二氧化硅气凝胶. 复合湿凝胶经常压干燥、炭化和氢氟酸刻蚀能得到炭干凝胶. 利用透射电镜和低温氮气吸附对上述凝胶的微结构进行了表征. 结果表明：复合气凝胶中，炭和二氧化硅纳米网络各自连续并相互嵌套. 由于二氧化硅纳米网络的支撑作用，复合凝胶在超临界干燥和高温炭化过程中体积收缩减小，网络塌陷降低. 所得炭气凝胶具有高比表面（934m²/g）和高孔容（3.9cm³/g）的特点.

关键词: 气凝胶 , hybrid , pore microstructure

氯气刻蚀中孔碳化钛制备分等级孔结构炭材料

成果 , 龙东辉 , 刘小军 , 凌立成

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(08)60050-5

以钛酸正丁酯为钛源、蔗糖为炭源,采用溶胶-凝胶法制得有机-无机复合干凝胶,后经高温炭热反应、氯气化学刻蚀分别得到中孔碳化钛及碳化物基炭材料(CDCS).通过XRD、Raman、SEM、TEM和氮气吸附等表征,考察了钛酸正丁酯/蔗糖摩尔比例(R)对所制碳化钛和CDCS的孔结构和物理特性的影响.结果表明:在碳热过程所形成的中孔和大孔孔隙能够在氯气刻蚀过程中保持并传递给最终的炭材料.所制CDCS具有三种不同层次的孔隙结构,分别为氯气刻蚀碳化钛品体所产生的微孔、源自蔗糖残留炭中所含的3nm～4nm中孔以及炭颗粒间相互叠加和连接所形成的大孔.通过改变R比值,所制CDCS的BET比表面积和孔容分别在1479m2/g～1640m2/g和1.06cm3/g～2.03cm3/g之间可调.

关键词: 分等级孔结构 , 中孔碳化钛 , 氯气刻蚀 , 孔隙结构

化学气相沉积法制备纳米炭纤维块体

葛翔 , 吴晓龙 , 王际童 , 龙东辉 , 乔文明 , 凌立成

新型炭材料

以乙烯为碳源、无负载型铜镍( Cu_Ni)合金为催化剂,采用催化化学气相沉积法( CVD),制备出性能优异的纳米炭纤维( CNF)块体,并考察制备条件对CNF块体的形貌、机械性能及比表面积的影响。结果表明,CNF块体的成形主要依赖于催化剂Cu_Ni的组成、生长温度及生长时间等因素。当Cu_Ni质量比为2：8、生长温度为580℃时,经3 h制备的CNF块体,其密度、压缩弹性模量、比表面积分别达到0.28 g/cm3、1.7 KPa和117 m2/g。 CNF生长初始阶段的形貌观察表明,章鱼状粗纤维和细纤维交织成的三维网络结构是块体成形的主要原因。

关键词: 纳米炭纤维 , Cu_Ni催化剂 , 化学气相沉积 , 机械性能

面向应用发展炭材料——记世界碳科学年度大会( Carbon2011)

李峰 , 龙东辉

新型炭材料

关键词:

中孔炭负载二氧化钛光催化剂的制备及降解甲基橙

因博 , 王际童 , 徐伟 , 龙东辉 , 乔文明 , 凌立成

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(13)60064-5

以模板法制备的中孔炭为载体,通过溶胶凝胶法制备了二氧化钛/中孔炭复合光催化剂,并考察了其对甲基橙的光催化去除能力.复合材料中二氧化钛含量及其晶型结构分别通过改变前驱体组成及煅烧温度进行调节.材料的结构性能通过氮气吸附、X射线衍射(XRD)、能谱分析仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TG)等测试技术进行了表征.结果表明,由于中孔炭的纳米孔限域作用,锐钛矿型的二氧化钛以纳米颗粒形式均匀分散在炭的网络骨架界面,从而形成了高度分散的二氧化钛/中孔炭纳米复合材料.另外,复合材料中的中孔吸附作用协同纳米二氧化钛的高效光催化作用,明显提高了复合材料在紫外光照射下对于水溶液中甲基橙的去除能力.在光照射下反应75 min时样品对甲基橙的去除率可达89％.甲基橙光降解反应遵循一级反应动力学,其最大反应速率为0.015 min-1.

关键词: 中孔炭 , 二氧化钛 , 复合材料 , 光催化降解 , 动力学