基于机器学习的多孔碳材料吸附CO_(2)的关键因素

多孔碳材料具有性质稳定、高孔隙率和高比表面积等优点,被广泛应用于气体分离和存储.目前,针对多孔碳材料吸附CO_(2)的优化主要通过“炒菜”的模式,但对于各种结构特性、元素组成对吸附的作用尚不明确.机器学习算法通过构建特征与标签之间的模型从而量化其中的非线性关系,被逐渐运用于高性能多孔碳材料的筛选.为了探究多孔碳材料吸附CO_(2)的关键因素,建立了一个包含65个碳样本、1591个数据点的数据集,以7∶3的比例随机拆分为训练集和测试集,采用线性回归、反向传播神经网络、支持向量机、随机森林等5种不同机器学习模型训练和测试.结果表明:随机森林模型在测试集上具有最佳的泛化能力(R^(2)=0.954、RMSE=0.286).压力是多孔碳材料吸附CO_(2)最重要的影响因素,但随着压力和温度的提高,结构特性和元素组成逐渐成为主导因素.结构特性方面,比表面积和微孔是结构特性中影响CO_(2)吸附能力的关键因素;常压下CO_(2)吸附主要受微孔控制,高压下中孔对吸附也有重要作用.元素组成方面,氮元素是最重要的因素,其特征重要性在273 K、0.5—1 bar时可以达到15.27%.

回收涤纶制备多孔碳材料及其吸附性能

为促进废旧纺织品回收再利用,以回收涤纶为原料,用化学活化法制备多孔碳材料,并探究其对活性染料的吸附性能。结果表明,在900℃,涤纶与活化剂KOH质量比为1∶3,反应时间为2 h条件下制备的碳材料吸附性能最佳,碘吸附值(A)达到2228.9 mg/g,亚甲基蓝吸附量(Qe)为220.5 mg/g,碳材料比表面积为987.434 m2/g,孔体积为0.9409 cm^(3)/g。碳材料对活性染料的吸附符合伪二级动力学方程;活性橙X-GN(小分子)染料扩散更快,在较低初始浓度时,符合Langmuir吸附模型,当初始浓度较高时,符合Freundlich吸附模型;活性蓝M-2GE(大分子)染料以Freundlich吸附模型为主。

刺梨果渣多孔碳材料的制备与应用

多孔碳材料具有成本低、原料供应多样、比表面积较大、电化学特性出色等特点,成为一种极具环保意义的材料。本研究以贵州刺梨加工企业废弃果渣为原料进行多孔碳材料制备,以对刚果红吸附量为指标,通过单因素实验确定响应面设计的因素与水平,采用星点设计-响应面法对多孔碳材料制备工艺进行优化,得到最佳制备工艺。实验结果表明,多孔碳材料的最佳制备工艺为:碳化温度为565℃,碳化时间为6 h,吸附温度为32℃,在此条件下,实验得到吸附率为82.12%,吸附量为8.212 mg/g,与预测值相近。3个因素对刺梨果渣吸附刚果红的吸附率、吸附量的影响依次是:碳化温度>碳化时间>吸附温度。对多孔碳材料进行比表面积、扫描电镜表征,结果表明多孔碳材料比表面积为1.0537 m^(2)/g,孔容为0.0069 cm^(2)/g,孔径大小为37.1485 nm,制备的多孔碳材料为介孔多孔碳材料,多孔碳材料颗粒多为圆柱状结构和不规则的多边形。此研究可为贵州刺梨加工企业废弃果渣的回收利用提供新思路、新途径。

基于中药渣的多孔碳材料的可控制备及电化学性能研究

以生物质废弃物六味地黄丸药渣为原材料,通过简单的活化和碳化,合成出了具有高比表面积的氮掺杂多孔碳材料并将其应用于超级电容器。研究发现该碳材料表现出良好的电化学性能,其中YZ-KOH-800材料在6 mol·L^(-1)KOH电解液中所测质量比电容高达259.63 F/g(电流密度为0.1 A/g),经过1000圈循环后容量保持在93%以上。本研究为分级多孔炭材料可控构建提供了一种方法,也为中药废渣的高值化利用开辟了一条新途径。

基于废弃PET的高值化功能性多孔碳材料及其应用进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)应用极为广泛。废弃PET在自然界中不易降解,环境污染问题日益严峻。传统的物理回收和化学回收存在产品性能不稳定、工艺复杂、设备要求高等问题。利用物理或化学的方法将废弃PET转化为性能优异、功能强大、应用面广的高附加值功能材料是解决废弃PET环境污染问题及使资源可持续发展的重要技术。本文系统地归纳了废弃PET制备高附加值功能性多孔碳材料的方法,包括直接碳化法、活化法和模板法,重点综述了基于废弃PET的多孔碳材料在环境修复、能量存储与转化、催化等领域的应用研究进展。针对目前基于废弃PET的多孔碳材料制备与应用研究中存在的问题,提出塑料废弃物的高效分类、低能耗、孔隙结构精确可控先进制备技术的研发,以及多孔碳材料构效关系机理的深入探究是实现废弃PET高值转化及工业化应用的重要研究方向。

MOF衍生的过渡金属(氧化物)基多孔碳材料制备及其碳含量TG分析——创新型实验教学设计

化学是一门实践性很强的学科,实验教学在创新型人才培养中占有重要地位。本创新实验将科研热点领域的金属有机框架(MOFs)衍生的过渡金属(氧化物)基多孔碳材料(MxOy@C)引入本科实验教学,内容包括材料的制备、结构表征及复合材料中碳含量的热重(TG)定量分析。实验过程融合了有机化学、结构化学和仪器分析等多学科知识,配以常用数据分析及绘图软件、虚拟实验平台的应用,突破了基础实验的单一性,能够对学生进行系统的科研素养训练。

生物质基多孔碳材料作为超级电容器电极的研究进展

生物质基多孔碳材料因原料来源广泛、价格低廉、环境友好等特点受到人们广泛关注,将其应用于超级电容器等储能器件可有效促进其在多领域实现高值化应用。本文通过深入分析近年来生物质基多孔碳超级电容器制备及应用的最新技术,从生物质原料种类、生物质基多孔碳材料的优化(活化和掺杂)及生物质基碳电极在不同超级电容器电极材料的应用等方面,归纳总结了生物质基多孔碳材料作为超级电容器电极未来面临的挑战。

多孔碳材料在水污染处理过程中的应用

通过活化法、模板法、直接碳化法、元素掺杂法等多种方法对不同的碳源材料进行处理制备多孔碳材料。在制备过程中,通过条件的调节对多孔碳材料进行改性处理、改良内部孔道和表面积,可以获得能够应用于多种水污染场景的多孔碳材料。应用研究较多的有:处理水溶液中的重金属离子,如Cd、Cr、Pb等;处理染料行业废水中的有色物质,如罗丹明B、亚甲蓝等;处理医疗废水中的抗生素类物质,如对磺胺甲噁唑等;处理废水中的芳香族化合物,如对羟基苯酚等。而为了实现多孔碳材料的广泛应用,利用无污染的方法去进行多孔碳材料处理废水是目前研究的重点以及趋势。

生物质多孔碳材料的水热合成及应用研究进展

生物质作为典型的可再生能源,具有负碳属性,符合绿色发展的要求。水热炭化是在相对温和的条件下将生物质转化为各种功能性碳材料的过程。本文综述了近年来以单糖(葡萄糖、果糖和木糖)、木质纤维(纤维素、半纤维素和木质素)和壳聚糖等生物质为原料,通过水热法转化为生物质多孔碳材料的研究进展,重点讨论了生物质多孔碳材料在气体吸附、染料吸附和重金属离子吸附领域的应用,并提出了生物质水热合成高性能和对环境友好的多孔碳材料的未来研究方向。

多孔碳材料室温下催化氧化H_(2)S的研究进展

硫化氢(H_(2)S)是一种剧毒和腐蚀性气体,即使是在低浓度水平下,也会对工业生产、生态环境和人类健康产生不利影响。因此,从工业气体中脱除H_(2)S具有重要意义。近年来,室温下催化氧化H_(2)S(简称“催化氧化H_(2)S”,下同)具有成本低、脱除效率高和可回收硫资源等优点,受到了科研人员的广泛关注。多孔碳材料具有比表面积高和孔体积大的优点,适合用作催化氧化H_(2)S的催化剂。首先分析了多孔碳材料催化氧化H_(2)S的反应机理,然后在此基础上综述了可用于催化氧化H_(2)S的多孔碳材料的研究进展,指出通过采用不同的改性方法,如杂原子掺杂、碱溶液浸渍和金属氧化物负载等可以明显提高多孔碳材料催化氧化H_(2)S的性能。最后对多孔碳材料催化氧化H_(2)S的研究重点和有待解决的关键科学问题进行了展望,可为该领域的未来研究提供参考。

木质素基多孔碳材料的制备与应用的研究进展

本文总结了木质素基多孔碳材料的制备方法 (活化法、模板法、水热法、微波法)和应用领域近年的研究热点,综述了木质素基多孔碳材料的最新研究进展,并结合研究中存在的技术问题,指出了未来研究中面临的挑战及预期的解决方案,并对木质素基多孔碳材料的发展方向进行了展望。

掺杂多孔碳材料催化醇选择性氧化研究进展

羰基化合物是重要的有机中间体,醇类化合物的选择性氧化是合成羰基化合物的一类重要反应.在这类反应中,掺杂多孔碳材料因其独特的性能可直接作为催化剂或者催化剂载体.我们综述了单一掺杂多孔碳材料、共掺杂多孔碳材料和负载型掺杂多孔碳材料的制备方法,可能存在的活性位点和催化机理.最后,讨论了掺杂多孔碳材料目前需要解决的问题,指出设计绿色高效的负载非贵金属的掺杂多孔碳材料是未来的一个重要发展方向.

葡萄糖酸锌自活化制备多孔碳材料及其电容特性研究

采用绿色自活化法,以葡萄糖酸锌为自活化剂,L-组氨酸为氮源,通过煅烧制备具有3D蜂窝结构的多孔碳材料。结果表明:煅烧温度对碳材料结构、孔隙形成以及超级电容器性能具有显著的影响;制备的多孔碳材料ZGH-700具有大比表面积(481.2cm^(2)/g)和微孔、中孔的分级孔结构;氮元素和氧元素能够均匀地分布在多孔碳材料表面。由于表面的特殊多孔结构和均匀分布的杂原子,ZGH-700在电流密度为0.5A/g时比电容为209.5F/g,倍率性能良好。

Fe/C多孔碳材料制备及其涂层棉织物的吸波性能

为提高涂层棉织物的吸波性能,采用溶液混合法制备磁性金属有机框架(Fe-MOF),通过高温热解制备Fe/C多孔碳材料,以聚丙烯酸酯为黏合剂,将Fe/C多孔碳材料复合在棉织物上制备柔性纺织复合材料。借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、振动样品磁力计与热重分析仪分别对Fe/C多孔碳材料的结构、微观形貌、磁性能进行表征与测试,使用矢量网络分析仪对Fe/C多孔碳材料和涂层棉织物的吸波性能进行分析。结果表明:在频率为4.6 GHz时,Fe/C多孔碳材料的反射损耗值最小为-60.4 dB,小于-10 dB的有效带宽为1.4 GHz,最佳厚度为4.3 mm;涂层棉织物的反射损耗值最小为-53.94 dB,小于-10 dB的有效频宽为X波段(频率为8.2~12.4 GHz),最佳涂层厚度为4.5 mm;Fe/C多孔碳材料涂层棉织物厚度达到3.5 mm以上时,其吸波性能优良。

多孔碳材料的合成及其在锂离子电池中循环性能的研究

基于多孔有机聚合物及其衍生碳材料在锂离子电池负极材料领域的发展和研究现状,探究了一种孔径可控的多孔碳纳米球的合成方法 .首先,设计合成了6,13-双(双4-溴苯基亚甲基)并五苯化合物,并以此为单元制备了一系列具有规则形貌的新型多孔有机聚合物.通过将不同孔径尺寸的聚合物在不同温度下进行碳化,以此探究碳化温度对材料电化学性能的影响.根据得到的数据可知,多孔碳材料THF-800具有最好的循环稳定性和优异的倍率性能,由此证明THF-800在锂离子电池负极材料领域具有潜在应用价值.此外,对锂离子电池负极材料孔径尺寸进行了调控,可以促进有机材料在锂离子电池中的应用,最终拓展了多孔有机聚合物衍生碳材料在锂离子电池负极材料中的应用范围.

超级电容器用多孔碳材料的研究进展

双电层电容器是近年发展起来的一种新型储能装置。制备双电层电容器电极的材料主要为多孔碳材料 ,目前碳电极材料电容器已成功地商业化。介绍了双电层电容器用活性炭粉、活性炭纤维和炭气凝胶等的制备方法、结构与性能的关系及结构控制等的研究进展。讨论了碳材料结构性能如比表面积、孔径分布、表面官能团等对双电层电容器性能的影响。同时介绍了双电层电容器用中孔碳材料的孔径控制方法如催化活化法。

多孔碳材料的模板法制备、活化处理及储能应用

简要介绍了广义模板法制备多孔碳材料的研究现状,应用传统活化法对模板法制备的多孔碳材料进行结构调控.探讨多孔碳材料在氢气吸附以及超级电容器用电极材料等储能领域的应用.

基于金属有机框架结构衍生多孔碳材料制备及电催化进展

金属有机框架结构(MOFs)是指通过配位键由金属离子或团簇和有机配体自组装形成的多孔无机-有机杂化材料。MOFs材料具有丰富的孔结构分布、较大的比表面积、多样的结构与功能、大量的金属活性位点等特点,被广泛应用于催化、传感、气体吸附、能源储存。然而,由于大多数MOFs材料在强酸碱环境中不稳定,导电性较差,特别是将MOFs直接用作电催化剂时的催化性能不高。近年来,大量研究表明通过将不同种类的MOFs作为模板制备新颖的多孔碳纳米催化剂,表现出了高电催化活性、优异的稳定性等优势。综述了MOFs及其衍生多孔碳材料的类型和制备方法,并介绍了MOFs衍生多孔碳材料在电催化方面的一些应用。

基于多孔碳材料对重金属离子吸附性能的研究进展

重金属污染给生态环境及人类健康带来极大危害,是最重要的世界环境问题之一。多孔碳材料对重金属离子具有较好的吸附能力,可用于重金属污水的处理。本文综述了废弃生物质制备碳吸附剂以及掺杂型和聚合物基多孔碳作为新型炭材料,在重金属废水处理中的研究进展,并阐述了其吸附机理以及发展潜力。掺杂型和聚合物基多孔碳材料作为吸附剂的后起之秀,在废水处理中具有较好的发展潜力,因此,开发环境友好、低成本、高效的新型碳材料吸附剂对治理重金属污染具有重要意义。

多孔碳材料的研究进展及应用

多孔碳材料具有孔道结构可调、比表面积高、高空隙率、稳定性好等优点,被广泛应用于催化剂载体、超级电容器、吸附剂和气体储存等领域。从多孔碳材料的分类、制备方法和应用现状等层面进行了详细的探讨,重点叙述了目前多孔碳材料的常用制备方法,对其具体应用领域做了详细梳理。