1. 研究目的与意义
随着化石资源的日趋枯竭，环境污染的日益严重，寻找环境友好型、可循环利用、来源广泛、价格便宜的新型炭源制备炭材料迫在眉睫。
近年来生物质资源的开发和利用越来越引起人们的关注，生物质富含炭，以生物质作为新型能源可替代传统炭源来制备炭材料。
本项目以木质素为碳源，采用水热炭化法结合磷酸活化制备炭微球，通过磷酸活化的方法调控炭微球的孔隙结构等手段提高炭微球的比表面积和吸附性能，旨在研发一种具有高吸附性能、球形规则的新型炭微球多孔材料及其制备方法，开辟其在控制雾霾环境领域的应用前景。
2. 国内外研究现状分析
传统的炭微球合成原料主要是石油、煤等化石资源，随着化石资源的日趋枯竭，环境污染的日益严重，人们开始寻找新的原料制备碳微球。目前，人们主要使用木糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、纤维素等生物质模型化合物制备碳微球，而溶剂热法、化学气相沉积法（CVD法）和模板法则是目前制备碳微球的3种相对有效的方法。其中水热法制备碳球具有操作简单、无污染等特点,反应条件容易控制，所需能量少，可一步反应完全，易于工业化生产,是制备碳球的理想方法。
对碳微球进行活化处理可分解掉碳微球孔道内的绝大多数杂质，避免其孔道被堵塞并打开一部分已被堵塞的小孔道，使碳微球的总孔容和比表面积得到大幅增长，极大地改善其吸附量和孔结构，使其获得更大的使用价值和更广泛的应用领域。微波活化法是当前人们最常用的碳微球活化方法，炭基材料可以很好的吸收微波，微波的辐射可以使其快速均匀升温。现今，人们活化碳微球主要使用氢氧化钾或碳酸钾作为活化剂，该方法要获得大比表面积和孔隙发达的碳微球必须在高活化剂用量的条件下才可实现，这便造成了碳微球生产成本的提高。此外，氢氧化钾和碳酸钾对生产设备有一定的腐蚀性，不但会致使设备使用寿命减短还会造成严重的环境污染。因而，人们希望找到一种价格低廉、腐蚀性小的化合物来代替氢氧化钾和碳酸钾作为制备碳微球的活化剂。
3. 研究的基本内容与计划
随着世界资源的日趋枯竭，环境污染的日益严重，寻找环境友好型、可循环利用、来源广泛、价格便宜的新型炭源制备炭材料成为当今世界人们最迫切的任务之一。项目以木质素为碳源，采用水热炭化法结合磷酸活化制备炭微球，通过磷酸活化法调控炭微球的孔隙结构等手段提高炭微球的比表面积和吸附性能，旨在研发一种具有高吸附性能、球形规则的新型炭微球多孔材料及其制备方法，开辟其在控制雾霾环境领域的应用前景。并将其运用到电极材料、吸附储氢材料等领域以解决传统生产碳材料的资源浪费、环境污染等问题。
本研究以提纯的木质素为原料，采用水热炭化法结合磷酸活化制备炭微球，讨论其反应温度、反应时间和原料浓度对炭微球制备工艺的影响。以及微波活化功率、活化时间和磷酸配比对碳微球活化工艺的影响，用以探索磷酸法活化制备的碳微球最佳工艺参数。
本研究计划于大四上学期末完成开题，在寒假中认真研读相关资料与文献，不断改进试验方法，于大四下学期开学时确定实验方法并开始进行实验。预期于一到两个月内完成实验计划并得出实验数据，用一周的时间整理分析实验数据，之后开始论文的撰写。
4. 研究创新点
本研究以木质素做为碳源制备碳微球，生物质中的木质素在木本植物的组分中约占25%，是自然界中第二丰富的天然高分子化合物，也是一种环境友好、可再生、可降解的天然资源。长期以来，木质素在木材水解工业和造纸工业中被当作副产品，由于找不到合理的回收利用方法，大部分木质素被当作废料排出，既浪费资源，也污染环境。随着世界能源危机的日益严重和人们对生态环境保护要求的日益提高，木质素的开发利用越来越受到人们的重视。经过研究，人们发现木质素具有较高的碳含量和与烟煤相似的分子结构，可以作为生产碳微球理想的前驱体。因而，利用木质素为碳源制备碳微球既符合绿色环保的工益要求又能达到节约资源、提高经济效益的目的。
本研究以磷酸代替氢氧化钾和碳酸钾作为制备碳微球的活化剂。磷酸是人们生活中最常利用的无机酸之一，主要用于制药、食品、肥料等工业方面，也可用作化学试剂。它具有制备简单、价格低廉、腐蚀性小、不易挥发等特点。完全可以代替需用量大、具有高腐蚀性且价格相对昂贵的氢氧化钾和碳酸钾作为制备碳微球的活化剂。
