典型生物质废弃物制备高性能活性炭的性能及工艺研究.pdf

摘要

活性炭（Activatedcarbon）因具有发达的孔隙结构、高比表面积以及优异的电化学

性能等特点，在食品、医疗、能源储存和环境保护等领域展现出了广阔的应用前景，受

到国内外学者的广泛关注。然而，高性能活性炭的制备受到多种因素的影响和制约，其

中，制备方法、活化剂、活化温度和活化时间等工艺参数都是必需要考虑的因素。同时，

生物质作为一种可再生能源，具有产量丰富、价格低廉，碳含量高等特点，若对其进行

有效的转化使之成为性能优异的碳材料，将会有着广泛的应用前景。为此，本文选用典

型的农业和工业生物质废弃物，即玉米秸秆和咖啡渣为原料。首先，采用热解法、一步

活化法和两步活化法制备生物质活性炭，并对其理化性能进行分析，以确定最佳制备方

法。然后，在此基础上考察了活化剂、活化温度和活化时间对生物质活性炭理化性能的

影响。通过TG、FTIR、XRD、SEM、N2吸脱附测试和循环伏安法等表征方法对所制备

的生物质活性炭进行表征，以确定最佳工艺参数。本论文研究结果如下：

（1）、利用玉米秸秆为原料制备活性炭，采用单因素实验，通过探究制备方法、活

化剂、活化温度和活化时间对活性炭性能的影响，从而确定最佳的工艺参数：制备方法

为一步活化法、活化剂为KOH、活化温度为800℃、活化时间为120min。在此工艺条

件下所制备的玉米秸秆活性炭（Ⅰ-K-800-120CSAC）具有优异的理化性能。Ⅰ-K-800-

120CSAC表面呈现出三维的蜂窝状结构，具备丰富的微孔和介孔结构，比表面积高达

2

1725.66m/g，同时具备优异的电化学性能，在含有0.1MKCl的5mM

K[Fe(CN)]/K[Fe(CN)]电解液的三电极体系中，当扫描速率为220mV/s时，氧化还原

3646

峰电流为Ipa159.8μA和Ipc-169.5μA。这项工作将为制备高性能的玉米秸秆活性炭

提供理论支撑。

（2）、以咖啡渣为原料制备活性炭，通过单因素实验，考察了制备方法、活化剂、

活化温度和活化时间对活性炭性能的影响，得出最佳的工艺参数：制备方法为一步活化

法、活化剂为KOH、活化温度为800℃、活化时间为120min。在此工艺条件下所制备

2

咖啡渣活性炭（Ⅰ-K-800-120CGAC）具有致密的孔隙结构，比表面积高达1904.48m/g，

这为电化学反应提供更多的活性位点，使其表现出较好的电化学性能，在含有0.1MKCl

的5mMK[Fe(CN)]/K[Fe(CN)]电解液的三电极体系中，当扫描速率为220mV/s时，

3646

氧化还原峰电流为Ipa=173.3μA和Ipc-159.7μA。这项工作将为制备高性能的咖啡渣

活性炭提供理论支撑。

关键词：玉米秸秆，咖啡渣，活性炭，工艺参数，理化性能

ABSTRACT

Activatedcarbonshowsabroadapplicationprospectinthefieldsoffood,medicine,energystorage

andenvironmentalprotectionduetoitswell-developedporestructure,highspecificsurfaceareaand

excellentelectrochemicalproperties,andhasreceivedextensiveattentionfromscholarsathomeandabroad.

However,thepreparationofhigh-performanceactivatedcarbonisaffectedbymanyfactors,suchasthe

pr