[00381271]生物质活性炭制备、表征及吸附机理的研究

活性炭作为一类吸附分离材料，已经在气相和液相分离中得到广泛应用。与传统的煤基活性炭相比，由各类生物质(例如果壳、棕榈壳、竹材和木材等)制备的活性炭其表面官能团相当丰富。活性炭的吸附性能不仅取决于其比表面积、孔结构和孔径的分布，也受到其表面化学特性的影响。但是，对于生物质活性炭的表面化学结构还未有完整、全面的了解，不同性质气态吸附物的吸附机理研究不够深入，这些都严重阻碍了生物质活性炭的开发和应用。该项目在教育部新世纪优秀人才支持计划、教育部留学回国人员科研启动基金、湖北省教育厅优秀中青年人才计划项目、新加坡教育部科研项目的大力资助下，开展生物质活性炭制备、表征及吸附机理的研究，取得的创新点如下：1)在红外光谱法确定活性炭表面官能团的基础上，首次提出了生物质活性炭的表面化学结构；2)首次揭示了改性活性炭于对不同性质气态污染物(如二氧化硫、氮氧化物、氨气、硫化氢等)的化学吸附机理；3)首次提出了一步法高效节能制备活性炭新工艺，活化温度和活化时间对BET比表面积的影响，并首次提出了采用微波诱导的二氧化碳活化法制备活性炭的新工艺，所得活性炭产品机械强度高、微孔发达且具有类似分子筛的独特的均匀孔结构；4)建立了生物质炭化的两步连续反应模型；首次在扩散控制和动力学控制条件下分别研究二氧化碳活化的过程，建立了带结构因子修正的活化反应动力学模型；5)建立了基于Freundlich等温吸附的活性炭颗粒内部Knudsen扩散模型，成功应用于生物质活性炭吸附气态污染物的预测，从分子传质的角度认识吸附分离过程。已发表学术论文100余篇，其中在化工类国际权威期刊，如Carbon，Langmuir，Microporous and Mesoporous Materials，Journal of Colloid and Interface Science 等上发表英文论文37篇(影响因子大于4.0的5篇)，SCI收录37篇，EI收录36篇，他引516次(其中SCI他引308次)。13篇论文在国际会议上宣读，其中ISTP收录4篇；申请国家发明专利1项。该研究引起国内外同行的高度关注，美国Kansas State University的Walawender教授、英国University of Nottingham的S.W. Kingman教授、澳大利亚The University of Queensland的Bhatia教授、日本Nagoya University的Hitoki Matsuda教授等纷纷引用该研究的观点或学术思想，并给予了较高的评价。该研究具有重要的科学价值和应用价值，在生物质活性炭制备与改性及其吸附分离应用领域显示了良好前景，对于推动吸附分离理论和技术的发展和完善有着积极的意义。