木質素高溫催化炭化及導電炭形成.pdf

1、電磁輻射是全球第四大污染，在軍事上采用的電磁屏蔽材料多以金屬為主，由于昂貴、密度大、附著性不好等諸多不足很難大規(guī)模使用。生物質焦炭由于導電性而被廣泛關注，其導電性能高，輕質而且成本低廉，適合作為新型電磁屏蔽材料。生物質中主要成分木質素是生物質焦炭的主要來源，也是造紙黑液中的主要成分。本文以木質素為研究對象，研究了木質素的催化炭化過程，討論了高性能導電炭的制備途徑；利用各種分析儀器，探討了焦炭電阻率變化的主要影響因素，分析了焦炭形成過程中

2、官能團的演變。為木質素黑液的高品位利用提供新思路。
　　炭化溫度是影響焦炭電阻率的一個重要因素，在900℃之前焦炭電阻率下降很快，其焦炭導電機理主要為離子導電，900℃以后焦炭電阻率下降緩慢，這是由于焦炭石墨化過程較為緩慢。催化炭化可以有效降低焦炭電阻率，試驗結果表明焦炭與Fe2O3的添加比例為100:10、Ni2O3添加比例在100:2左右為這兩種催化劑的最佳工況；在不同的鐵基催化劑中，催化劑效果排序為Fe>Fe2O3>Fe3O

3、4>鐵礦。
　　熱重紅外聯(lián)用試驗表明，木質素炭化主要分為三個階段，而催化熱解的熱解曲線由于催化劑的存在激化了木質素的熱解將木質素熱解時的兩個明顯熱解峰融合成一個大的熱解階段。利用紅外光譜對焦炭表面官能團進行分析，研究表明：木質素焦炭隨著熱解溫度的升高，各個官能團特征峰強度大幅下降。500℃時脂肪族羥基全部分解，800℃時苯環(huán)幾乎完全解鏈。催化熱解焦炭的紅外光譜圖中，400℃低溫炭中C-H鍵特征峰強度大，可以解釋在催化炭化前期產生的

4、大量碳氫化合物。由于Fe的析氧作用，800℃時C-O伸縮振動峰已經消失。不對稱C-H鍵特征峰強度在500℃達到最大，其后不斷減弱，產生了CH4等碳氫化合物。在900℃后木質素催化熱解焦炭和熱解焦炭的紅外變化相似，炭化溫度在1000℃后紅外曲線趨于平整，形成的芳香烴平面介于無定型結構和石墨結構之間，這種近石墨化的“亂層結構”會使木質素焦炭導電性增強。
　　拉曼光譜分析表明，催化炭化導電焦炭的D、G峰強度都比空白木質素炭化焦炭高，說明