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水热-软模板法制备介孔炭球及其应用

2021-03-08吴振威李伟鄂雷孙佳明刘禹衫刘守新

化工进展 2021年2期
关键词:结构

吴振威,李伟,鄂雷,孙佳明,刘禹衫,刘守新

(东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150040)

介孔炭材料因具有巨大的比表面积、较大的孔容和良好的导电性等特点而引起人们的广泛关注[1-3]。此外,介孔炭球不仅具备介孔炭材料的优异特性,同时还具有球状胶体独特的流动性和分散性,使其能够广泛应用于药物传输[4]、吸附分离[5]、催化[6]以及电化学储能[7-8]领域。

模板法是制备介孔炭球最常用的方法,包括硬模板法和软模板法。硬模板法较为常用,然而硬模板法需要经过十分繁琐的操作步骤,并且还需使用具有腐蚀性的物质来去除硬模板[9-10]。相反,软模板法因其简易的制备过程而引起越来越多的关注。常见的软模板有乳液[11]、囊泡/胶束[12]和气泡[13]。其中,囊泡/胶束由两亲性的表面活性剂或嵌段共聚物通过自组装形成。在氢键或者静电作用力下,两亲分子能够与碳源紧密结合,再经过简单的煅烧处理去除软模板,便能得到具有介孔结构的炭材料[14-15]。

水热炭化(hydrothermal carbonization,HTC)是指在较低温度及自生压力下,加速试剂与溶剂的相互作用,促使碳源发生水解、降解、缩聚和芳构化等反应,最终形成炭化结构[16]。该方法简便、高效且对环境友好,是制备炭球的有效方法。将软模板法与水热法结合后,水热条件下碳源能发生快速聚合使反应溶液发生宏观相分离,其中下层为富含碳源和软模板的相,上层为富含水/乙醇的相。下层相进一步聚合形成具有坚固介孔结构的聚合物球体,再经过高温炭化就能得到介孔炭球[17-18]。……

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