活性炭制备过程中磷酸浸渍木材的形态结构

摘要

磷酸活化是一种木质纤维原料生产活性炭的主要方法。在磷酸活化过程中，磷酸溶液和木质纤维原料的混合浸渍是决定磷酸法活性炭孔隙结构的关键步骤。以常用的杉木原料为对象，采用具有能谱仪（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）直接观察和分析在磷酸浸渍过程中杉木横截面和弦切面的形态以及磷酸分布状态变化，并采用氮气吸附法分析了不同浸渍时间下制备的磷酸法活性炭的孔隙结构。结果表明，随着磷酸浸渍时间的延长，木材形态结构的变化分为3个阶段。第一阶段（0～6 h）是磷酸溶液在木材内部的扩散渗透过程，导致磷酸均匀分散至木材内部；第二阶段（6～12 h）是渗透到木材结构内部的磷酸溶液润胀木材细胞壁并催化高聚糖水解的过程，导致木材细胞壁膨胀和管壁明显增厚，在管胞腔体出现大量胶状的降解产物。在第一和第二阶段，随着浸渍时间的延长，活性炭的比表面积、微孔和中孔孔容显著增大，其中微孔的发展尤为显著。在浸渍时间达到12 h时，活性炭的比表面积达1 473 m²/g,微孔体积为0.520 cm³/g,中孔体积为0.620 cm³/g。第三阶段（12～24 h）是磷酸的深度作用导致木材组织结构的不断收缩与明显形变的过程。在该阶段，随着浸渍时间延长，制备的活性炭比表面积、比孔容积都有减少，其中中孔减少较为显著。这些结果都表明磷酸浸渍时间作为磷酸活化过程中的一个关键因素，可改变原料表面形态和磷酸分布状态，进而显著影响活性炭孔隙结构的发展。

关键词

活性炭 / 磷酸活化 / 浸渍 / 木材 / 形态结构

基金资助

国家重点研发计划(2023YFD2201601)