磷酸法活化纤维素基炭微球的吸附机理
引言
炭微球简介
炭微球是一种直径在几十纳米到几十微米之间的一种炭小球。1964-1965年，Taylor 和Brooks 等学者，在炭化液相沥青时发现了液晶状各向异性的小球[1]。 20世纪70年代，Yamada和Hondar 从沥青母体中分离出中间相小球，并称其为中间相炭微球[2]。炭微球作为一种新型碳材料，引起了人们巨大的关注。在其吸附领域、储氢领域、能量储存、牺牲模板等领域有巨大的应用前景[3]。
炭微球的特点
炭微球和金属一样具有导电性、导热性，和陶瓷一样具有耐热、耐腐蚀性，和有机高分子一样质轻，具有分子结构多样性，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。另外，炭微球还其有粒径小而均匀、流动阻力小、比表面积高、吸附速率快、吸附选择性强，且孔结构和表面化学易调控等特点，在有机污染物吸附领域有着巨大的潜在应用价值，具有比其他传统炭材料无法比拟的发展前景[4]由于炭微球具有良好的球形度、好的生物相容性、密度低、耐热性好、抗腐蚀能力强等一系列优良性质，因而在很多领域获得广泛应用。
3. 炭微球的制备方法
3.1水热法
水热法是近年来制备碳材料出现的一种简单、新型、环保的方法，是利用生物质原料（葡萄糖、果糖、纤维素、半纤维素、木质素等）为原料，以水作为溶剂，在较低的温度下（180℃~360℃）得到碳材料的一种方法。目前，曲江英，薛曲等[5]选择以玉米秸秆半纤维素作为原料制备炭微球， 并以其为载体原位担载硅钨酸制备功能炭球＠硅钨酸复合物。结果表明， 低温水热条件下半纤维素可直接炭化制得微米级的炭球； 复合物中硅钨酸的存在对炭球形貌和尺寸没有影响， 但有助于炭微球的石墨化， 并与表面富含官能团的炭球存在相互作用； 硅钨酸典型的Keggin结构在复合物中依然保留。所得炭球＠硅钨酸复合物可望用作良好的催化材料。
3.2化学气相沉积法
化学气相沉积法，是指反应物在气态条件下发生化学反应，原料经脱水、降解等一系列化学反应碳化成球。李亚娟，仲召慧等[6]以苯、甲苯、二甲苯为碳源采用化学气相沉积法制备了炭微球（CMBs）， 以研究甲基侧链对苯化学气相沉积制备 CMBs 的影响。 通过对CMBs形貌、微观结构和充放电特性的表征，发现CMBs 为规整的实心球形结构，并且随着苯环甲基侧链数量的增加,CMBs 石墨微晶结构有序化程度不断增大，致使边缘石墨层结构越来越完美且球间的粘结程度逐渐减小。
3.3模板法
模板法中采用软模板和硬模板两种模板。软模板一般为表面活性剂或微反应器，硬模板一般采用Si球等刚性球形材料。采用模板法合成的炭微球，其结构和尺寸较易控制，目前已经可以采用多种模板得到各种实心炭微球和空心炭微球。杨阳，朱玲[7]采用低温模板催化法， 以甲醛、2,4-二羟基苯甲酸、L－赖氨酸为碳源，F127作为软模板剂,Fe3 为催化剂，合成石墨化炭微球（GM）。实验测得石墨化炭微球比表面积为450.59m2/g，呈典型双孔分布， 平均孔径为3.04nm；材料对苯蒸气有良好的吸附性能，吸附容量为835.26mu;mol/g.
4. 炭微球的活化方法
4.1 氢氧化钾活化法
氢氧化钾的加入有两种方式。一是固固混合，即将氢氧化钾研磨成粉末与固体粉末原料直接混合，这种加入方式简单方便。二是先把氢氧化钾配制成一定浓度的溶液，然后把原料放入溶液中，通过浸渍将氢氧化钾负载到原料上去，这种方式比固固混合方式接触充分，但较固固混合要复杂、浸渍所花时间长达一两天。
高龙兰，刘玉环等[8]采用KOH-微波辐射活化法制备竹质活性炭，得到了碘吸附值为1239.08mg/g，亚甲基蓝吸附值为274.95mg/g，比表面积为1394.16m2/g的竹质活性炭，通过测定活化前后竹炭的红外光谱，发现活化后的竹炭表面结构有了较大的修饰，增加了较多的表面化学官能团，从而提高了竹炭的比表面积和吸附性能。
4.2碳酸钾活化法
罗亚楠，许宪祝等[9]以玉米秸秆炭化材料为原料，通过K2CO3-微波活化法，在K2CO3/秸秆物料比为1:2，活化温度300℃，活化时间120min，微波功率600W，照射时间5min的条件下制备秸秆基活性炭，所得到的活性炭表面含有羟基、羧基、內酯基等含氧官能团，亚甲基蓝吸附值为180mg/g；在扫描电镜显示微波照射后，炭微球表面具有明显的孔道结构。
