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新时代的“卖炭翁”:生物质衍生炭材料

2016-09-12 12:04来源:研之成理关键词:生物质发电生物质燃料生物质电厂收藏点赞

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3.4 生物质利用的一些问题以及潜在的发展方向:

目前生物质的利用主要存在以下问题:

生物质基本上都是混合物(提纯的生物质衍生物是纯净物,但这增加了很多成本),人们很难把其中的每一种组分及其所占比例弄清楚;

生物质大部分不可溶,很难找到溶解它们的溶剂,这就使得许多基于溶液法来控制材料的形貌,孔结构或表面性质的方法难以实现;

对生物质加以利用,有两个大方向是可以发展的:

其一,开发一种普适的方法,使得所有的生物质制备的炭材料都能具有某一特点;

其二,针对特定的生物质制备具有特殊结构的炭材料,满足应用的需要。

3.5一些有意思的生物质衍生炭材料方向的研究工作

在原始生物质制备炭材料领域,有一些研究者出招奇特,具有很好的借鉴作用,下面就简单介绍一下在原始生物质利用领域的一些“明珠”。

A.天然海藻作为生物质原料

主要的研究思路:选用含氧量高的前驱体进行碳化来制备含有丰富官能团的炭材料以提供赝电容。

具体研究内容:最初,他们选用海藻酸钠来作为炭源(Adv. Mater. 2006, 18, 1877–1882)。后面几年,他们选用含有海藻酸钠的天然海藻为原料来制备炭材料:在选用巨藻作为原料直接进行碳化时,他们得到了含有丰富官能团的炭材料,这种炭材料能够提供很好的赝电容(Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1032–1039)。在考虑炭材料提供赝电容的时候,他们认为选择合适的煅烧温度有利于保存其丰富的含氧官能团(炭材料的含氧官能团一般要在酸性介质中才能表现出赝电容),而材料的比表面积并不是决定性因素。而为了增加器件的能量密度,使用有机电解质来扩宽电压窗口时,含氧官能团的作用不是非常明显,孔道(比表面积)的作用显得比较重要。

B.木耳作为生物质原料

第一阶段:以木耳为原料直接碳化(水热或煅烧)

代表性工作:长春应化所杨秀荣老师课题组Adv. Mater. 2011, 23, 2745–2748

主要的思考点:1) 木耳含有大量的壳聚糖,同时含有碳和氮;2)木耳在吸水饱和后体积会膨胀比较大。

具体研究内容:对木耳进行水热,其水热产品中包含了50 – 200 nm的孔道,经过煅烧后其比表面积有所增加。水热的温和碳化条件有助于部分维持其孔道结构,而如果直接煅烧的话得到的产品几乎没有什么孔道结构。

直接碳化法的缺点:所得到的炭材料孔道不发达

第二阶段,引入活化的方法来增加材料的比表面积。

代表性工作:范壮军教授课题组在水热过程中加入KOH,其水热炭烘干后直接进行煅烧,得到的含氮的多级孔炭材料(NanoEnergy, 2015, 12, 141–151.)。当然,杨秀荣老师在随后的论文中也用了活化的方法来制备生物质衍生炭,不过选用的原料是枯草杆菌。(Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1305–1312)

原标题:新时代的“卖炭翁”:生物质衍生炭材料
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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