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摘 要

活性炭是由含炭为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的一类吸附剂。按孔径大小区分，大孔的半径大于50nm，中孔的半径2至50nm，微孔的半径小于2nm。一般而言，大部分活性炭的使用都是集中在微孔性能的优势上，因为富含微孔的活性炭比表面积高并且具有很强的吸附能力。然而中孔活性炭除了在吸附领域有较多应用外，在电化学领域和环境污染方面的应用也大有进展。随着日益提高的社会需求，人们对多孔炭材料所需的孔隙结构的要求也随之提高，与此同时中孔活性炭的应用领域从原先的食品、医药扩宽到化工、军工及矿产等更多的领域。因此，富含中孔活性炭的制备成为活性炭科研领域和生产领域的一个热门课题，成为广大科学工作者们的奋斗目标。

关键词：中孔活性炭，应用，制备

Abstract: Activated carbon is made up of mainly containing carbon material as raw materials, through high temperature carbonization and activation of hydrophobic adsorbent. According to the aperture size, the radius of macroporous is more than 50 nm, the radius of the mesoporous is between 2 to 50 nm, the radius of microporous is less than 2 nm. In general, the use of activated carbon are mostly concentrated on the microporous activated carbon’s advantages. The microporous activated carbon has higher BET and strong adsorption ability. However, in addition to the field of adsorption, mesoporous activated carbon has also made ​​great progress in the field of electrochemistry and environmental pollution. With the continuous improvement of the social needs, porous carbon material is demanded for a higher requirements to its specific pore structure, and application of the mesoporous activated carbon will be constantly expanding. Besides, activated carbon products of abundant mesoporous are needed heavily in the field of food, pharmaceutical, chemical, military, minerals and so on. Therefore, the production of mesoporous-riched activated carbon has became a hot topic in scientific research and a target for many scientists.

Key words: mesoporous activated carbon, application, preparation

目录

1 前言 4

2 中孔活性炭的制备方法 4

2.1 活化法 4

2.1.1 物理活化法 4

2.1.2 化学活化法 4

2.2 催化法 5

2.3 原料中加入致孔剂法 5

2.4 共混聚合物炭化法 6

2.5 有机凝胶炭化法 6

2.6 模板炭化法 6

2.7 金属催化活化法 6

2.7.1 金属种类 6

2.7.2 负载金属微粒的方法 7

2.8 其它制备方法 10

2.8.1 配煤法 10

2.8.2 一步炭化法 10

2.8.3 废旧电路板真空裂解炭法 10

3 中孔活性炭的应用进展 10

3.1 在吸附方面的应用 10

3.2 在电化学方面的应用 10

3.3 在环境污染方面的应用 11

3.3.1 垃圾的降解 11

3.3.2 固体有机废弃物的热解 11

结 论 12

参考文献 13

致谢 15

1 前言

随着社会需求的不断提高、工业技术的快速发展，中孔活性炭的应用领域不断拓宽，例如血液净化、双电层电容器、色谱填充剂等领域都需要中孔发达的活性炭产品。近年来，中孔的制备和设计成为活性炭研究和生产领域的一个热门课题，不断推动着活性炭产业的发展。关于制备发达中孔活性炭，本文总结了以下几种比较常见的方法：活化法、催化法、原料中加入致孔剂法、共混聚合物炭化法、有机凝胶炭化法、模板炭化法、金属催化活化法以及其它制备方法。

2 中孔活性炭的制备方法

2.1 活化法

2.1.1 物理活化法

所谓物理活化法，就是向碳材料中加入活化剂，活化剂的种类主要有水蒸气和二氧化碳两种，对于这两种活化反应的机理有大量的文献报道。此种方法主要是利用水蒸气和二氧化碳活化反应速度及扩散速度的差异，通过调节活化工艺条件来提高活性炭的中孔比例。

如果活化反应在原始原料中进行，那么二氧化碳的反应速度慢于水分子与碳的反应速度，但是水分子扩散速度相对较慢，因此水蒸气经物理活化制得的活性炭的中孔比例较高。如果炭材料已经一次成型，那么水分子的扩散速度远远比不上二氧化碳分子的扩散速度，加上二氧化碳分子与碳的反应速度较慢，所以二氧化碳气体经物理活化制得的活性炭的中孔比例较高。所以该方法适用于具有一定孔结构的炭材料的二次活化，但此种方法所制得的活性炭中孔孔径比较小，而且中孔的比例也不高。

2.1.2 化学活化法

化学活化法的定义是，在特定温度条件下，向化学药剂中加入含碳物料使其混合均匀或将含碳物料浸渍其中，经过炭化和活化过程，最终回收化学药品得到富含中孔的活性炭产品。常用的活化剂为碱或碱土金属以及部分酸，如ZnCl₂、KOH、Na₂CO₃、AgCl等，可以通过改变活化剂及其用量来控制活性炭孔径分布和表面化学特性。

2.2 催化法

所谓催化活化法就是在活化过程中，金属化合物组分附近的炭原子首先发生氧化炭化作用在炭材料中形成中孔；在某些情况下，纳米颗粒在炭基体中发生迁移并且携带着金属颗粒，促使微孔扩充为中孔。该法适用性强，原料可以是沥青、木材或者煤炭。

与Ca(OH)₂或Ca(NO₃)₂·4H₂O混和并炭化后的PET小球，经过硝酸处理脱除Ca，最后活化制得的活性炭中孔率较高，但这种活化反应速度比较慢。以CO₂为活化剂，在聚糠基树脂炭化料中加入Fe或Ni的微粒后，可制得中孔。张引枝等^[1]也在PAN中加入1％TiO₂后制得中孔率高达46.8％的ACF，并且在2nm和4nm附近出现了明显的孔径分布峰，TiO₂颗粒周围的碳优先发生氧化反应而在炭材料中形成中孔。这种活性炭纤维与不加添加剂的活性炭纤维比，吸附亚甲基蓝没有区别，但对VB₁₂的吸附值明显增加。

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