《新型炭材料》丛书 多孔炭材料
作者：郑经堂 等编著
出版时间：2015年版
丛编项： 《新型炭材料》丛书
内容简介
本书主要阐述了多孔炭材料的性能、改性方法、制备及其应用，全书共分为十二章。结合编著者多年在此领域的研究经验、技术积累以及国内外的新进展，就活性炭，介孔炭，炭分子筛，球形活性炭，核壳结构纳米炭，三维有序大孔炭，以及活性炭纤维的制备、性能、微观结构调控、吸附理论以及其在能源、环境等领域的应用进行了较详细的论述，同时对活性炭纤维与高级氧化技术协同作用和炭基吸附材料的应用前景进行了论述。本书内容全面，图文并茂，深入浅出。希望能激发出读者的研究热情，为从事炭材料研究的人员提供研究思路和技术方法。本书适用于对吸附材料有着广泛兴趣的读者，以及从事炭材料研究的科研工作者，本书也可作为大专院校炭材料专业的教学参考书。
目录
第1章绪论1
参考文献6
第2章活性炭的微观结构及其表面改性方法7
2.1活性炭的微晶结构7
2.1.1螺层形晶体结构7
2.1.2芳族三元结构11
2.1.3中间结构12
2.1.4活性炭晶体结构带来的启迪13
2.2活性炭的孔隙结构13
2.2.1大孔15
2.2.2过渡孔15
2.2.3微孔16
2.2.4不同孔隙类型的孔隙结构参数的测定17
2.2.5不同类型的孔隙在吸附过程中的作用35
2.2.6活性炭实际孔隙结构的特征39
2.2.7活性炭孔隙容积分布的一般特征45
2.2.8孔隙结构与吸附滞后圈的关系48
2.3活性炭表面的化学结构及其性能52
2.3.1活性炭的表面化学本能52
2.3.2表面氧化物对炭吸附剂的吸附性质的影响56
2.3.3活性炭本身的催化作用59
2.3.4活性炭作为催化剂载体的应用61
2.3.5活性炭浸渍氯化汞制成的催化剂用于聚氯乙烯的合成62
2.3.6在活性炭上浸渍铜、铬、银制备成军用防毒催化剂64
2.3.7在活性炭上负载催化剂71
2.3.8在精细化工和制药行业应用74
参考文献77
第3章活性炭吸附理论80
3.1物理吸附和化学吸附80
3.2吸附相(表面相)的性质81
3.3物理吸附中吸附剂的非均匀性83
3.4吸附平衡84
3.5毛细凝聚、过渡孔结构和微孔容积充填85
3.6吸附等温线方程89
3.7气固相单组分在均匀表面上的吸附90
3.8杜比宁吸附理论及其发展99
3.8.1吸附力的本性100
3.8.2波兰尼吸附势理论102
3.8.3活性炭蒸气体系的特性曲线105
3.8.4杜比宁拉杜施凯维奇吸附等温线方程107
3.8.5关于在不同温度范围内摩尔体积的修正问题109
3.8.6吸附热力学方程式110
3.8.7关于微孔容积充填理论113
3.8.8活性炭微孔结构的非均相特征113
3.8.9描述炭吸附剂不均匀微孔系统的特性曲线方程114
3.8.10普遍化的吸附特性曲线方程118
3.8.11二元蒸气混合物的吸附121
3.8.12活性炭微孔的形状与特征尺寸122
3.8.13活性炭微孔几何表面积的计算方法124
3.8.14活性炭结构特性参数的校正124
3.8.15各国学者对微孔容积充填理论的研究、应用和发展125
3.8.16结束语128
参考文献129
第4章粒状活性炭制备工艺132
4.1煤的基本性质132
4.2原煤的组分及特性对活性炭生产及性能的影响135
4.3各种原料特性对活性炭孔隙分布的影响138
4.4制备工艺151
4.4.1原煤的破碎151
4.4.2混捏162
4.4.3炭化171
4.4.4活化184
第5章介孔炭材料2035.1介孔炭材料的主要结构特性203
5.2介孔炭材料制备方法204
5.2.1催化法204
5.2.2界面活化炭化法205
5.2.3混合聚合物炭化法 205
5.2.4有机凝胶炭化法 206
5.2.5模板炭化法207
5.3介孔炭材料的改性211
5.3.1直接合成法211
5.3.2后修饰法212
5.4介孔炭材料的应用212
5.4.1环境领域212
5.4.2催化领域212
5.4.3生物领域214
5.4.4电化学领域214
5.4.5合成新材料214
参考文献214
第6章炭分子筛218
6.1炭分子筛的物理化学结构219
6.1.1炭分子筛的物理结构219
6.1.2炭分子筛的化学结构222
6.2炭分子筛的筛分机理223
6.3炭分子筛的制备226
6.3.1炭分子筛的制备原料226
6.3.2炭分子筛的制备方法及其工艺227
6.4炭分子筛的改性方法231
6.4.1孔径调控231
6.4.2表面官能基团改性232
6.5炭分子筛微结构研究方法232
6.5.1吸附法研究孔结构233
6.5.2电子显微技术234
6.5.3X射线衍射(XRD)234
6.5.4小角散射技术234
6.5.5红外技术235
6.5.6X射线光电子能谱235
6.5.7拉曼光谱235
6.6炭分子筛的应用235
6.6.1变压吸附和变温吸附技术235
6.6.2变电吸附技术237
6.6.3气体储存与除杂237
6.6.4催化237
参考文献238
第7章球形活性炭243
7.1概述243
7.2原料组成及特性244
7.2.1沥青基球形活性炭244
7.2.2煤基球形活性炭246
7.2.3树脂基球形活性炭247
7.2.4其他原料254
7.3制备工艺及活化方法255
7.3.1各向同性沥青球形活性炭的制备工艺255
7.3.2中间相沥青基微球活性炭的制备工艺256
7.3.3树脂基球形活性炭制备工艺259
7.4主要影响因素及控制方法265
7.4.1热缩聚法活化工艺参数对中间相炭微球收率和性能的影响265
7.4.2球形活性炭活化工艺对活性炭微球孔结构的影响268
7.4.3球形活性炭活化工艺对活性炭表面形态结构及表面官能基团的影响272
7.5功能化改性及应用278
7.5.1吸附领域278
7.5.2储能领域282
7.5.3医疗领域287
7.5.4其他领域288
参考文献289
第8章碳基核壳结构纳米材料292
8.1绪论292
8.2无定形碳基核壳结构纳米材料293
8.2.1无定形碳包覆金属核壳材料的制备293
8.2.2无定形碳包覆金属核壳材料的应用308
8.3结晶性碳基核壳结构纳米材料315
8.3.1富勒烯基核壳结构纳米材料315
8.3.2CNTs基核壳结构纳米材料321
8.3.3石墨烯基核壳结构纳米材料329
参考文献361
第9章三维有序大孔炭374
9.1结构特性及表征方法375
9.1.1胶晶模板的形貌结构375
9.1.23DOM C的形貌结构376
9.1.3表征方法381
9.2制备方法及工艺385
9.2.1胶体微球的合成386
9.2.2模板结构对性能的影响401
9.3分级孔道(介孔)结构的三维有序大孔炭404
9.3.1以多级孔道反蛋白石为模板的二次模板法404
9.3.2双模板法407
9.3.3原位自组装一步合成法408
9.4主要影响因素及优化412
9.4.1蛋白石模板种类的影响412
9.4.2碳源种类的影响416
9.4.3其他影响因素419
9.5功能化改性方法421
9.5.1表面氧化421
9.5.2接枝422
9.5.3纳米颗粒的负载422
9.5.4表面涂覆聚合物425
9.6三维有序大孔炭材料的应用426
9.6.1吸附分离426
9.6.2在光催化中的应用427
9.6.3在锂离子电池中的应用431
9.6.4在超级电容器中的应用435
9.6.5在直接甲醇燃料电池中的应用438
9.6.6在太阳能电池中的应用440
9.6.7在电化学传感器中的应用443
9.7展望446
参考文献447
第10章活性炭纤维452
10.1概述452
10.2ACF种类及制备工艺流程454
10.2.1黏胶基ACF455
10.2.2酚醛基ACF455
10.2.3PAN基ACF456
10.2.4沥青基ACF457
10.2.5芳纶基ACF457
10.2.6竹基炭纤维458
10.2.7其他基ACF459
10.2.8中孔ACF460
10.3ACF制备主要工艺环节461
10.3.1预处理461
10.3.2炭化463
10.3.3活化465
10.3.4 ACF连续化生产装置472
10.4ACF结构表征475
10.4.1晶体结构475
10.4.2元素组成477
10.4.3表面化学结构478
10.4.4孔隙结构481
10.4.5表面形态结构489
10.5ACF性能490
10.5.1吸附性能490
10.5.2电性能和耐热性493
10.5.3氧化还原性能493
10.5.4催化特性494
10.6ACF改性494
10.6.1二次活化法494
10.6.2热处理法496
10.6.3气相沉积法497
10.6.4氧化改性498
10.6.5改变亲疏水性501
10.6.6改变极性502
10.6.7表面负载法502
10.6.8等离子体处理法503
10.6.9微波辐照法504
10.7应用504
10.7.1水净化504
10.7.2溶剂回收510
10.7.3空气净化517
10.7.4在食品行业的应用520
10.7.5电容器和电池电极材料521
10.7.6制备SiC材料522
10.7.7在医药卫生方面的应用523
10.7.8活性载体524
参考文献525
第11章活性炭纤维与高级氧化技术联合应用531
11.1炭基光催化材料的制备及其应用532
11.1.1炭基光催化材料的作用原理532
11.1.2炭基光催化材料的制备方法533
11.1.3ACF基光催化材料的应用534
11.1.4其他炭基光催化材料的应用555
11.2与等离子体技术的组合及工业化应用558
11.3与臭氧化技术的联合应用570
11.4与Fenton反应的联合应用573
11.5与电化学氧化技术的联合应用576
11.6与其他材料与技术的联合应用580
参考文献584
第12章炭基吸附材料的应用前景595
12.1储能材料595
12.2电化学材料596
12.3传感器601
12.4材料合成与催化603
参考文献604
