多孔碳是一種功能性多孔材料，一般具有較高的比表面積和較大的孔體積。它在吸附和分離，純化，能量存儲(chǔ)和非均相催化領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的多孔碳材料（也稱為活性炭）通常是通過預(yù)處理，碳化和孔形成等原材料從木材，椰子殼和煤炭制備的。但是，這樣的原料通常具有較高的實(shí)用價(jià)值，并且所制備的活性炭具有較低的比表面積和較寬的孔徑分布，導(dǎo)致傳統(tǒng)活性炭的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。因此，選擇便宜且可再生的資源來制備高性能的多孔碳是當(dāng)前的研究熱門之一。

生物質(zhì)是一種在自然界中分布較為廣泛的可再生資源，包括農(nóng)業(yè)廢物，微生物，植物，食品廢物，動(dòng)物糞便等。它們通常具有很高的碳含量。據(jù)不不會(huì)統(tǒng)計(jì)，全球每年生產(chǎn)的生物量可轉(zhuǎn)化為1000億噸碳。通過一系列催化轉(zhuǎn)化過程，生物質(zhì)可用于制備高附加值的產(chǎn)品，例如多孔碳，生物燃料和精細(xì)化學(xué)品。因此，有效利用生物質(zhì)被認(rèn)為是解決人類能源危機(jī)的有效途徑之一。在許多類型的生物質(zhì)中，纖維素具有最豐富的儲(chǔ)備。纖維素是大多數(shù)植物（例如木材，棉花，海藻）的主要成分之一，也是地球上最豐富的生物聚合物。它的碳含量高達(dá)45％。因此，從纖維素制備多孔碳是有效的。方法。這項(xiàng)研究將介紹纖維素基多孔碳材料的合成策略，揭示纖維素結(jié)構(gòu)和合成方法對(duì)多孔碳的理化性質(zhì)的影響，并討論纖維素基多孔碳在CO 2領(lǐng)域的應(yīng)用。

生物質(zhì)向多孔碳的轉(zhuǎn)化通常涉及兩個(gè)步驟：碳化和活化。傳統(tǒng)的碳化過程是在高溫（500?1000℃）和惰性氣氛（如氬氣，氮?dú)猓┫聼峤馍镔|(zhì)。該過程包括一系列復(fù)雜的反應(yīng)，例如脫水，異構(gòu)化，縮合等。氧氣和其他組分轉(zhuǎn)化為水，氫氣，甲烷和其他氣體，而殘留的固體則是富碳焦炭。近年來，開發(fā)了一種新型的水熱碳化方法，可以在較溫和的條件下（<300℃，0.5?1MPa）將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有較高碳/氫和碳/氧比的固體焦炭。與傳統(tǒng)的高溫?zé)峤馓蓟ㄏ啾龋疅崽蓟ň哂杏泻芏鄡?yōu)點(diǎn)。例如，較低的碳化溫度可以節(jié)省燃料，并且焦炭的產(chǎn)率較高。納米顆粒也可以引入水熱碳化過程中以開發(fā)多功能多孔碳材料。通過碳化獲得的焦炭的比表面積通常較低，并且需要進(jìn)一步的高溫活化和孔形成以形成具有高比表面積的多孔碳。根據(jù)活化劑的類型，活化過程可分為化學(xué)活化和物理活化。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。物理活化方法通常使用CO 2和水蒸氣作為活化劑。活化過程是經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好的，并且所制備的多孔碳具有相對(duì)均勻的孔徑分布，但是其比表面積相對(duì)較低，通常僅為幾百平方米/克。化學(xué)活化方法使用H3PO4，KOH，K2CO3，NaOH，ZnCl2等作為活化劑。與化學(xué)活化法相比，化學(xué)活化法制得的多孔碳具有較高的比表面積，可達(dá)到1000?3000m2 / g。然而，由于所使用的方法，活化劑，例如酸，堿和鹽，一方面增加了制備成本，另一方面，它們傾向于對(duì)設(shè)備造成腐蝕。由于通過物理活化法制備的多孔碳具有均勻的孔徑，因此適用于分離Co2 / N2，C（VCH4和其他混合氣體），具有較高的分離效率；而通過化學(xué)活化法制備的多孔碳該方法具有較高的比表面積以及豐富的中孔，通常用于氣體存儲(chǔ)，電化學(xué)能量存儲(chǔ)和非均相催化。

由于碳化時(shí)間，碳化溫度，加熱速率，生物質(zhì)的類型和活化劑的選擇是影響產(chǎn)率，比表面積，孔隙率，碳含量，多孔碳的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)的重要因素，因此揭示了生物質(zhì)的碳化和活化過程，化學(xué)反應(yīng)的研究，產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)以及活化成孔機(jī)理的研究，將為優(yōu)化碳化和活化參數(shù)，制備高性能多孔碳提供理論依據(jù)。 Bmnmier等濾紙?jiān)跉鍤鈿夥障略诟邷叵绿蓟⑶彝ㄟ^一步法制備具有高比表面積的多孔碳。為了探索濾紙基多孔碳的成孔機(jī)理，本課題采用熱重質(zhì)譜（TG-MS）技術(shù)監(jiān)測(cè)濾紙的碳化過程。結(jié)果表明，濾紙?zhí)蓟^程中會(huì)形成大量的氣體產(chǎn)物，例如水蒸氣和CO2。這些氣體充當(dāng)物理活化劑以參與高溫下的造孔過程，從而促進(jìn)多孔碳的形成。此外，鄧等人。以KHCO為活化劑，以纖維素，半纖維素和木質(zhì)素為原料，制備了一系列多孔碳材料。用熱重-質(zhì)譜法分析了生物質(zhì)的碳化，熱解和活化過程。研究表明，活化劑KHCO在200°C左右開始分解，并促進(jìn)生物質(zhì)的熱解和碳化。當(dāng)溫度超過400℃時(shí)，KHCO分解為K，K2CO3，K20等產(chǎn)品，可以催化生物質(zhì)的活化并產(chǎn)生H2和CH4產(chǎn)品。因此，人們可以選擇合適的生物質(zhì)原料，優(yōu)化碳化和活化方法，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求定向開發(fā)高性能的多孔碳材料。

纖維素基多孔碳的制備方法簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，成本低，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。在CO 2吸附分離中，纖維素類多孔碳具有吸附容量大，選擇性高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。它是捕獲二氧化碳的理想吸附劑。但是，與沸石，金屬有機(jī)骨架和多孔聚合物等材料相比，纖維素基多孔碳具有較低的CO2 / N2吸附選擇性，這也限制了其捕獲CO2的效率。未來，通過修飾纖維素分子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化碳化和活化參數(shù)等策略，在多孔碳中引入豐富的超微孔和雜原子，將有效提高纖維素基多孔碳對(duì)CO2的吸附和分離性能。