碱/水/热预处理制备木质素基活性炭的研究
文献综述
1.1 木质素的应用
木质素是在木本植物中除纤维素以外世界上最丰富的有机物，具有分布广、储量多、可再生以及平均含碳量高等优点，可广泛应用于木质素制得增强剂、防垢剂、黏合剂等各个方面，而目前最具经济和科研价值的是以木质素为原料制备高比表面积活性炭。木质素是由三种苯丙烷基结构单元通过醚键、碳碳键和少量的酯键连接而成的具有三度空间的天然高分子聚合物，是构成植物细胞壁的成分之一，广泛存在于较高等的维管束植物门中。所有的木质素都含有苯基丙烷的基本结构骨架，根据芳香核结构的不同分为：愈创木基型木质素，紫丁香基型木质素和对羟苯基型木质素。同时，木质素含有丰富的官能团，如苯环上的甲氧基（－OCH3）、酚羟基（－OH）；侧链上的羰基（－C＝O）和碳碳双键（C＝C）等，使木质素受热容易断键、缩合，330℃左右即发生剧烈分解反应。而在制备活性炭的过程中需要经过高温炭化、活化，致使木质素基活性炭得率不高。
由于木质素结构复杂、不易降解等特性，当前多数生物质转化平台未能充分利用原料中的木质素组分，造成了相当程度上的资源浪费。工业上木质素一般来源于造纸厂大量排放的黑液或制备生物乙醇的剩余物，我国当前每年产生超过2000万吨的工业木质素，但98％以上的工业木质素被直接燃烧，虽然也有一些其他的应用，如粘合剂、塑料添加剂等，但迄今为止仍未有大规模的应用。本研究致力于以碱/水/热预处理的方式来制备木质素基活性炭，既能充分利用木质素资源，又提高了木质素基活性炭的比表面积。
1.2 活性炭的制备与应用
1.2.1 活性炭的应用
活性炭是一种黑色粉末状、颗粒状或块状的多孔性炭材料，具有良好的吸附性、发达的孔隙结构和丰富的官能团。活性炭的物理、化学性质稳定，耐酸耐碱耐热，在食品药品、水处理、气体净化、化工环保、储能材料、国防安全等领域有着广泛应用。同时，活性炭的原料来源十分广泛，几乎所有富含碳的有机材料都可以作为制备活性炭的原理，如煤、木材、果壳、椰壳等。目前制备活性炭的原料主要是煤炭和木材，但随着环保意识的不断加深和化石燃料日渐枯竭，越来越多的学者开始将注意力放在生物质原料上，尤其是利用率和转化率还处于起步阶段的木质素上。当前活性炭的比表面积最高可达3000m2/g以上，具有良好的经济价值。冼学权在900℃的温度下以K2CO3/尿素为活化剂，造纸黑液中提取的酸不溶木质素作为原料制得比表面积为2969.96 m2/g，孔容积为2.018 cm3/g的活性炭；周帆等在900℃的温度下以稻壳为原料利用过饱和KOH溶液预活化和活化双重作用制得比表面积高达3600m2/g，总孔容为3.164 cm3/g的活性炭，明显优于商用活性炭(YP-80，比表面积为1310 m2/g，总孔容为0.816 cm3/g)。
基于活性炭发达的孔隙结构和良好的吸附性能，其对有毒有害气体、胶体颗粒以及溶液中的无机、有机物质等都有很强的吸附能力，因而在水质和空气的净化、医药食品、超级电容器、储氢等领域也有着巨大的发展空间。但随着应用领域的逐渐扩大，对活性炭的性能要求也在不断提升，很高的比表面积和更强的吸附性能使目前研究所需要突破的重要方向。
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