生物质碳微球的制备与表征开题报告

1. 研究目的与意义

碳微球是一种新型的碳材料，具有比表面积大、高导电和导热性能等特点，在电学、磁学、生物学、化学化工等多种研究领域表现出巨大的应用价值。生物质主要包括天然原生植物材料和各类碳水化合物，具有可再生、资源丰富、价格便宜、无污染等化工产品无法比拟的优点。以生物质原料替代传统化工原料来制备碳微球，不仅可有效降低反应成本，还有助于绿色环保可持续发展。本研究主要通过水热法来制备生物质碳微球，并对其相关性能和特点进行研究，以实现生物质在碳材料制备和应用上的有效利用。

2. 国内外研究现状分析

现阶段关于碳微球的制备方法有很多，针对不同的原料，现在常用的方法包括：化学气相沉积法(CVD)、乳液法、热解法及模板法等。但都有着能耗大，设备复杂和碳产率低等缺点。与这些方法相比，水热法以其绿色环保、成本低廉、工艺简单等优势，逐步变为制备碳素微球的优异途径。水热法通常以生物质原料为碳源，以水作为溶剂或分散剂。目前常用的生物质原料有葡萄糖、果糖、蔗糖等。Li(2018.7)等人以蔗糖作为碳源，采用水热碳化法制得粒径均匀且产量高的碳微球，同时发现随着蔗糖浓度的增加，碳微球的团聚现象变得更加明显，产率也相应升高。除此之外其他生物质材料如淀粉、杉木、棉纤维和麦秸杆等也得到一定研究。如Yang(2018.2)等人以绿色环保的马铃薯淀粉为前驱体，通过添加分散剂制备淀粉基炭微球，大大缩短了碳微球的制备时间。Shang(2018.10)等人以杉木为原料制备木质基活性碳微球，考察了微球前驱体的热稳定性、化学结构及活性微球炭的孔结构参数等性能的变化。Shi(2016.6)等人从棉纤维的化学结构入手，结合亚临界水的特殊性质，采用水热法使棉纤维炭化生成附加值较高的碳微球。Chen(2015.2)等人以麦秸秆粉末为原料制备碳微球，并探讨了秸秆粉末与水的固液比对产物形貌的影响。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）以常见单糖（葡萄糖、木糖）、二糖（蔗糖）、以及紫茎泽兰、葡萄藤、蔗渣等生物质为原料制备碳微球，并计算不同原料碳微球的得率。

（2）采用扫描电子显微镜观察碳微球形貌；测量、统计碳微球的粒径分布，比较不同原料对碳微球形貌、尺寸的影响；

4. 研究创新点

目前国内外采用这些生物质材料作为碳源制备碳微球的项目相对有限，有时是天然的植物原料很少直接用于碳微球的制备。本研究采用不同糖类和其他天然植物原料为碳源，对其碳微球进行分析表征，进一步研究了原料对于碳微球相关性能的影响，分析碳微球形成的机理与影响因素，以提高生物质原料在碳微球上的利用。水热碳化法是目前制备碳微球最常用的方法，工艺较简单且制备的碳微球径粒均匀，球型度好。但针对不同原料反应条件可能有所不同，本研究对于水热碳化法合成碳微球的最佳条件做出积极探索。