“离子热碳化-CO2活化”两步法可控合成活性炭

活性炭因具有比表面积高、微孔-大孔结构和低密度等优点而广受关注。目前已广泛应用于催化剂载体、能源储存、吸附和分离等技术领域。生物质包括椰子壳、竹屑和木材都可用作生产活性炭的原料。活性炭的表面形貌和孔结构形态决定了它在新兴领域的应用。因此，设计和构建活性炭的特殊结构显得尤为重要。

日前，离子液体作为溶剂应用的前景被广泛看好。离子液体的阴阳离子能够与底物形成氢键，从而快速、高效地溶解底物，并表现出热稳定性好、不挥发、无蒸汽压和沸点高的优点。虽然，离子液体作为反应媒介用于材料合成已经有一段时间，但用于制备多孔碳材料并不多见。离子液体能够在室温常压条件下，作为反应媒介用于生物质的炭化反应。版纳植物园生物能源组郭峰副研究员采用离子热碳化法将生物质原料（如葡萄糖、纤维素、木质素和竹粉）在酸性离子液体（[SBMIM][HSO₄]）中预碳化，并选择不同的表面活性剂作为模板剂，以获得不同形态结构的生物炭。但离子热碳化温度低，所产生的生物炭热稳定性差。进一步在中温条件下采用CO₂物理活化技术提高活性炭的热稳定性，同时保留了原有的功能活性基团和形态形貌。采用FT-IR、拉曼、热重和SEM等分析技术研究了离子热碳化机理和产物的形貌特征。通过“离子热碳化-CO₂活化”法技术获得了球形（直径~200nm）、棒状（直径~200nm）和膜状（厚度~70 nm）等3种不同形态结构的活性炭，比表面积范围为289~469 m²/g，平均孔径为3.5 nm。

该研究成果以Shape-controlled Synthesis of Activated Bio-chars by Surfactant-templated Ionothermal Carbonization in Acidic Ionic Liquid and Activation with Carbon Dioxide为题发表在BioResources上，并被推荐为当期封面论文。