多孔碳是一種功能性多孔材料，一般具有較高的比表面積和較大的孔體積。它在吸附和分離，純化，能量存儲和非均相催化領域具有廣泛的實際應用價值。傳統(tǒng)的多孔碳材料（也稱為活性炭）通常是通過預處理，碳化和孔形成等原材料從木材，椰子殼和煤炭制備的。但是，這樣的原料通常具有較高的實用價值，并且所制備的活性炭具有較低的比表面積和較寬的孔徑分布，導致傳統(tǒng)活性炭的實用價值和經(jīng)濟價值較低。因此，選擇便宜且可再生的資源來制備高性能的多孔碳是當前的研究熱門之一。
生物質(zhì)是一種在自然界中分布較為廣泛的可再生資源，包括農(nóng)業(yè)廢物，微生物，植物，食品廢物，動物糞便等。它們通常具有很高的碳含量。據(jù)不不會統(tǒng)計，全球每年生產(chǎn)的生物量可轉(zhuǎn)化為1000億噸碳。通過一系列催化轉(zhuǎn)化過程，生物質(zhì)可用于制備高附加值的產(chǎn)品，例如多孔碳，生物燃料和精細化學品。因此，有效利用生物質(zhì)被認為是解決人類能源危機的有效途徑之一。在許多類型的生物質(zhì)中，纖維素具有最豐富的儲備。纖維素是大多數(shù)植物（例如木材，棉花，海藻）的主要成分之一，也是地球上最豐富的生物聚合物。它的碳含量高達45％。因此，從纖維素制備多孔碳是有效的。方法。這項研究將介紹纖維素基多孔碳材料的合成策略，揭示纖維素結(jié)構(gòu)和合成方法對多孔碳的理化性質(zhì)的影響，并討論纖維素基多孔碳在CO 2領域的應用。
生物質(zhì)向多孔碳的轉(zhuǎn)化通常涉及兩個步驟：碳化和活化。傳統(tǒng)的碳化過程是在高溫（500?1000℃）和惰性氣氛（如氬氣，氮氣）下熱解生物質(zhì)。該過程包括一系列復雜的反應，例如脫水，異構(gòu)化，縮合等。氧氣和其他組分轉(zhuǎn)化為水，氫氣，甲烷和其他氣體，而殘留的固體則是富碳焦炭。近年來，開發(fā)了一種新型的水熱碳化方法，可以在較溫和的條件下（<300℃，0.5?1MPa）將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有較高碳/氫和碳/氧比的固體焦炭。與傳統(tǒng)的高溫熱解碳化法相比，水熱碳化法具有有很多優(yōu)點。例如，較低的碳化溫度可以節(jié)省燃料，并且焦炭的產(chǎn)率較高。納米顆粒也可以引入水熱碳化過程中以開發(fā)多功能多孔碳材料。通過碳化獲得的焦炭的比表面積通常較低，并且需要進一步的高溫活化和孔形成以形成具有高比表面積的多孔碳。根據(jù)活化劑的類型，活化過程可分為化學活化和物理活化。這兩種方法各有優(yōu)缺點。物理活化方法通常使用CO 2和水蒸氣作為活化劑?；罨^程是經(jīng)濟和環(huán)境友好的，并且所制備的多孔碳具有相對均勻的孔徑分布，但是其比表面積相對較低，通常僅為幾百平方米/克?；瘜W活化方法使用H3PO4，KOH，K2CO3，NaOH，ZnCl2等作為活化劑。與化學活化法相比，化學活化法制得的多孔碳具有較高的比表面積，可達到1000?3000m2 / g。然而，由于所使用的方法，活化劑，例如酸，堿和鹽，一方面增加了制備成本，另一方面，它們傾向于對設備造成腐蝕。由于通過物理活化法制備的多孔碳具有均勻的孔徑，因此適用于分離Co2 / N2，C（VCH4和其他混合氣體），具有較高的分離效率；而通過化學活化法制備的多孔碳該方法具有較高的比表面積以及豐富的中孔，通常用于氣體存儲，電化學能量存儲和非均相催化。
由于碳化時間，碳化溫度，加熱速率，生物質(zhì)的類型和活化劑的選擇是影響產(chǎn)率，比表面積，孔隙率，碳含量，多孔碳的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)的重要因素，因此揭示了生物質(zhì)的碳化和活化過程，化學反應的研究，產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)以及活化成孔機理的研究，將為優(yōu)化碳化和活化參數(shù)，制備高性能多孔碳提供理論依據(jù)。 Bmnmier等濾紙在氬氣氣氛下在高溫下碳化，并且通過一步法制備具有高比表面積的多孔碳。為了探索濾紙基多孔碳的成孔機理，本課題采用熱重質(zhì)譜（TG-MS）技術(shù)監(jiān)測濾紙的碳化過程。結(jié)果表明，濾紙?zhí)蓟^程中會形成大量的氣體產(chǎn)物，例如水蒸氣和CO2。這些氣體充當物理活化劑以參與高溫下的造孔過程，從而促進多孔碳的形成。此外，鄧等人。以KHCO為活化劑，以纖維素，半纖維素和木質(zhì)素為原料，制備了一系列多孔碳材料。用熱重-質(zhì)譜法分析了生物質(zhì)的碳化，熱解和活化過程。研究表明，活化劑KHCO在200°C左右開始分解，并促進生物質(zhì)的熱解和碳化。當溫度超過400℃時，KHCO分解為K，K2CO3，K20等產(chǎn)品，可以催化生物質(zhì)的活化并產(chǎn)生H2和CH4產(chǎn)品。因此，人們可以選擇合適的生物質(zhì)原料，優(yōu)化碳化和活化方法，并根據(jù)實際應用需求定向開發(fā)高性能的多孔碳材料。
纖維素基多孔碳的制備方法簡單，性能優(yōu)越，成本低，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。在CO 2吸附分離中，纖維素類多孔碳具有吸附容量大，選擇性高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點。它是捕獲二氧化碳的理想吸附劑。但是，與沸石，金屬有機骨架和多孔聚合物等材料相比，纖維素基多孔碳具有較低的CO2 / N2吸附選擇性，這也限制了其捕獲CO2的效率。未來，通過修飾纖維素分子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化碳化和活化參數(shù)等策略，在多孔碳中引入豐富的超微孔和雜原子，將有效提高纖維素基多孔碳對CO2的吸附和分離性能。
