水热预处理调控竹基活性炭超微孔结构提升CO2吸附性能的研究

《Journal of Energy Storage》：Hydrothermal Pretreatment for Controlling Bamboo Biomass Composition and Regulating Pore Structure of Bamboo-Based Activated Carbon for CO 2 Adsorption

本研究提出通过水热预处理调控竹子生物质组分（纤维素/木质素比例），结合碳化与蒸汽活化物理法，精准构建0.5-0.7 nm超微孔分布的新策略。该方法避免了化学活化剂（如KOH）的高成本与腐蚀性问题，制备的竹基活性炭比表面积达1025 m2/g，在273 K、1 bar条件下CO2吸附量达3.91 mmol/g，为绿色可规模化生产高性能CO2吸附材料提供了新途径。

　　

亮点

水热预处理对竹基活性炭孔隙结构的影响

图2展示了竹基碳样品的SEM图像：（a）BC，（b）HBC-6，（c）BAC-800，（d）HBAC-6-800。碳化后竹子保留了由细胞壁和固有孔道组成的明显炭骨架结构。如图2a和2b所示，BC样品表面光滑平整，具有清晰可见的本征孔隙结构。相比之下，经水热预处理的竹炭样品（HBC-6）表面明显变得更粗糙，这归因于水热过程中半纤维素水解和部分纤维素降解导致的表面侵蚀。经过蒸汽活化后，BAC-800和HBAC-6-800样品均显示出更发达的孔隙结构，但HBAC-6-800表面出现更多蜂窝状孔洞，表明水热预处理促进了活化过程中孔隙的形成。

结论

本研究提出了一种通过调控生物质组成来调控竹基活性炭孔隙结构的新策略，从而能够在物理活化过程中精确控制超微孔的窄分布。该方法避免了使用昂贵且高腐蚀性的化学活化剂，并显示出巨大的工业放大潜力。结果表明，水热预处理显著改变了竹子中的纤维素和木质素含量……