KOH活化木质素制备高比表面积活性炭特性研究
摘 要：以木质素为制备原料，采用KOH 为活化剂制备高比表面积活性炭．通过探究不同活化温度、活化剂与木质素质量比、活化时间对活性炭孔隙结构的影响，优化木质素活性炭的制备工艺．采用BET、SEM、FTIR 等手段对活性炭性能进行表征．实验结果表明，最佳制备工况为KOH/木质素质量比为3∶1，活化时间1,h，活化温度为750℃．其中，KOH/木质素质量比对焦炭孔隙结构影响最大，活化温度次之，活化时间影响最小．制备的活性炭比表面积最高可达2,684,m2/g，孔径分布以中微孔居多，表面含有—OH、—C＝O 等基团．
关键词：木质素；活性炭；化学活化；KOH
活性炭（活性炭）因高比表面积和功能基团而具有强吸附性而被广泛应用，如作去污吸附剂、在催化和气体储存中作催化剂载体。2012年活性炭的世界需求约为428万吨，它将在在接下来的五年里每年增长超过10%。但较高的生产成本限制了它的广泛使用。近年来，许多研究者已经用许多更便宜的可再生材料制备了活性炭。农业废弃物因其低成本和丰富性是很好的活性炭制备原料。现在很多文献报道过具有高碳和低灰分的坚果壳、竹子、果壳、莲藕等的应用。木质素由于其高酚含量，特别适合制备活性炭，这有助于以获得更高的碳产量。此外，木质素是生物质中仅次于纤维素的第二大成分，并能作为副产品在制浆工业中大量生产。中国的制浆造纸厂每年至少产生500万吨废木质素浆。
活性炭的性能取决于前驱体以及制备方法。基本上，有两种活性炭的制备方法，即物理活化法以及化学活化法。物理活化法是指带有二氧化碳、水蒸汽、空气等活化剂的活性炭前驱体的炭化，相较于物理活化法，化学活化法则是化学试剂被浸渍镶嵌在前驱体内部结构中。通过一系列的交联以及聚合反应，具有发达孔隙率的活性炭被获得。如KOH、等碱性化学试剂，由于它们对焦油的产生的抑制而提高活性炭的收率，常用作化学活化剂。在KOH活化过程中，KOH和碳之间的反应生成大量的，从而形成发达的孔隙结构。此外，金属钾可能在反应温度下被释放插入并拆开晶体薄片而形成新孔。许多研究人员报告了KOH化学活化下用生物质制备活性炭的方法，但很少有研究用KOH活化法从木质素中制备活性炭。
这项研究目的是讨论包括KOH/木质素比（R）、活化时间（t）和活化温度(T）等制备条件的因素。得到的具有发达孔隙率的活性炭可用于空气污染治理和废水处理。
1材料和方法
1.1 活性炭的原料和制备
从软木生产的50mu;m的碱木素粉（No.471003）的属性列在表1中，这由Sigma-Aldrich（中国上海）公司提供。大量的激活剂KOH在中国国药化学试剂公司购买。活性炭前驱体首次用一定质量比(KOH/碱木质素（干基）)的KOH溶液浸渍，然后在在150摄氏度的烤箱里干燥2小时。干燥后的混合物放在一只刚玉船里，然后在氮气气氛中、不同的炉子和温度下碳化，如图1所示。
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