摘 要 ： 多孔 生 物 质 碳 材 料 是 一 种 由 糖 类 或 含 碳 有 机 废 弃 物 制 备 的 新 型 功 能 材 料 ，具 有 比 表 面 积 大 ，孔 障 率 高 ，
性能.翁 定 ，绿色环保.的_优点。其 常 见 的 制 备 工 艺 有 直 接 破 化 法 ，水 热 法 以 及 活 化 法 等 近 年 来 ，多孔生物质碳材
1 多孔生物质碳材料的来源
1 . 1 糖类
淀 粉 [W] 、纤 维 素 [11]、果糖 M 以及葡萄糖M 等糖类 易于得到< 且分f 内 都 含 有 较 为 活 泼 的 羟 塞 ，是一种较 为 理 想 的 生 物 质 原 料 _ Z h a n g 等[ ia 采 用 经 K 2C0 3 浸渍的玉,米淀粉为鹿料，在 80Q °C 下 加 热 10 h ,得到了 比 表 面 积 为 517.5 m 2/g 、孔 隙 容 积 为 （).265 em'V g 的 多孔碳材料•研究发现长时闾的热处理有利于多级孔 形 成 和 石 墨 化 程 度 的 増 加 ，赵 薏 君 等 :lfi]以 葡萄 糖晶 体 为 原 料 . 对 其 进 行 低 温 水 热 和 退 火 处 理 《制备出多孔 碳微球.弁与退火前材料的表面含氧官能团数量进行 比 较 ，证 实 了 糖 类 水 热 碳 化 经 历 了 成 核 和 生 长 两 个 过 程。 1 . 2 含碳有机废弃物
2 多孔生物质碳材料的制备方法
2 . 1 直接碳化法 .直接碳化法 是 在 惰 性 气 体 保 护 下 的 生 物 质 经 高 温
裂 解 制 备 多 孔 碳 材 料 的 方 法 t :fi]。Essandoh等 决 速 热解松木条制得了具有多孔结构的碳材料.这种碳材 料对废水中布洛芬和水杨酸的吸附作用要远强于商业 活 性 炭 a ：i 接 碳 化 法 对 生 物 质 原 材 料 组 织 和 结 构 具 有 一定的要求.含有均匀分布的矿物元素的生物质材料 :更有利于多孔结构的形成t 例 如 ，印楝树树叶中含有可 以作为造孔剂的Ca元素•直接热解就能得到比表面积 为 1 230 m7 g 的多孔生物质碳材料；而无忧树树叶在相
王 晓 丹 等 ：多 孔 生 物 质 碳 材 料 的 制 备 及 应 用 研 究 进 展
文 章 编 号 ：1001-9731 (孔生物质碳材料的制备及应用研究进展
王 晓 丹 1，马 洪 芳 “£ ，刘 志 宝 2，陈 张 豪 1，刘 鑫 鑫 1
(1.山 东 建 筑 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 • 济 南 250101; 2•齐鲁I 业 大 # 环 壤 工 職 擎 院 ，济南2'50353>
中图分类号： X70S
文 献 标 识 码 ：A
D O l ：1O J 96i 3/j .issn,11)01-9731,2〇：17J)7.0:07
0 引言
多 孔 生 物 质 碳 材 料 ，是 指 富 含 碳 元 素 的 生 物 质 原 料 在 无 氧 或 缺 氧 的 条 件 下 .在 一 定 的 温 度 下 分 解 而 得 的 一 种多 孔 固 体 粉 末 w 。因 其 具 有 原 料 来 源 广 泛 ，价 格 低廉 的 特 点 [:]，且孔隙率较高•电化学性能和结构稳 定 性 良 好 ^] ，可以，应 用 到 吸附材料[K'] ，裡离子电池 和超级电容器电极材料等领域。
我 国 作 为 一 个 农 业 太 a .每 年 的 秸 秆 产 量 约 为 5 〜8 亿 吨 [S1]，大 量 焚 烧 秸 秆 会 造 成 严 重 的 大 气 污 染 和 资 源 浪 费 》其 它 植 物 废 弃 物 ，如 图 1 所 示 的 落 叶 、果核
果皮等也未得到合理利用。以此类废弃物作为廣料制 备 多 孔 碳 材 料 ，一 方 面 降 低 了 大 规 模 生 产 需 要 考 虑 的 成本问.题;聲一方面也解决:了传统虚弃物处理方:式对 环 境 的 污 染 问 题 。以 我 _ 常 见 的 黄 豆 、芝 麻 、，玉米桔秆 为 例 》_ 经 过 热 解 碳 化 后 I辱到的多孔碳材料，对废水中 的 菲 、萘 、苊 均 具 有 一 定 的 吸 附 作 用 [::]。1」等 [:8以茧 米 秸 秆 和 污 泥 的 混 合 粉 末 为 原 料 ，最 佳 条 件 下 制 备 1 kg碳材料所需成本仅为&,.5_&0蒙元。冲泡过的茶_叶 也 可 以 作 为 制 备 多 孔 碳 的 原 料 。P e n g 等 [:1]分别以我 国 5 种不同品种的茶叶废叶为原料.采用高温热解和 I<O H 活 化 法 制 备 出 一 系 列 多 孔 碳 材 料 物 均 具 有 很高的比电容翁良好的循环稳定性-
料 在 土 壤 改 良 剤 、吸附剂和电极材料等领域的虑.用受到了研究人员的广泛关注。介 绍 了 多 孔 生 物 质 碳 材 料 的 原
料 来 源 、制备工艺和应.用情况，并 对 该 材 料 今 后 的 研 究 方 向 提 出 了 建 议 。
关 键 词 ： 生 物 质 ；碳 材 料 ；废 物 处 理 ；吸 附 剂 ；电化学
全 球 人 CI持 续 增 加 ，资 瀕开发利 用不 合理. 资源 匱 乏 现 象 日 益 严 重 。淀 粉 、葡 萄 糖 等 物 质 虽 然 可 以 制 得 多孔碳材料•但生产成本过高r 有惊于绿色节约原则t 含 碳 有 机 废 弃 物 因 具 有 便 宜 易 得 [17| 绿 色 环 保 可 再 生 等 特 点 ，成为了 人 们 研 究的焦点[1^ ]。
除了植物废弃物.动物粪便也可以用作多孔碳的 原 材 料 。他 a tta ch a rjya 等 [:3]用 f 燥 的 牛 粪 制 得 多 孔 生 物 质 碳 材 料 。其 具 体 制 备 过 程 为 对 牛 粪 进 行 预 碳 化 . 再 将 其 与 活 化 剂 K O H 混 合 均 匀 ，接 着 在 气 氛 下 ，800 °C 热 解 2 h ，最 后 洗 净 〒 : 动 物 糞 便 通 常 的 处 理 方 式 是 埋 在 土 壤 里 以 増 强 土 壤 肥 力 *但 制 备 成 多 孔 碳 材 料 ，拓宽了其利用途径•提高了利用价值》