生物质纤维素制备炭微球的结构调控基础理论研究开题报告

1. 研究目的与意义

炭材料具有良好的导电、导热性能可被应用到锂离子电池、催化剂载体、吸附材料、储氢材料等领域，碳纳米管及富勒烯的发现更是引起了人们对炭材料的广泛关注，特别是球形的炭材料。与传统炭材料相比，炭微球密度小、结构完整、表面光滑、粒径均一且化学稳定性及热稳定性好、耐磨性好、机械强度高、导电导热性强等，是一种新兴的具有极大开发潜力和应用前景的炭材料，故能够在诸多炭材料中脱颖而出。本项目旨在探究原料浓度、炭化反应温度及反应时间对炭微球表面形态、结构及性能的影响 ，探索出制备炭微球的最佳参数，从而提高炭微球的形态和各方面性能，并通过后续处理将其运用到锂离子电极材料、催化剂载体、吸附材料、储氢材料等领域。

之前制备原料多采用烯、炔、苯等化合物及蔗糖等小分子的碳水化合物，而目前对于纤维素制备方法的研究还不算普遍。与上述生物质原料相比，纤维素价格低廉并且来源广泛，从秸秆中提取的纤维素也减少了我国秸秆资源的浪费与污染； 另一方便，作为天然的高分子材料和可生资源，纤维素具有很大的商业和资源来发价值，大大缩减了成本，在一定程度上缓解了化石能源的危机。

2. 国内外研究现状分析

国内外学者对炭微球的研究主要集中在对用不同原料（如糖类、玉米杆、稻壳等）通过水热法、模板法、化学气相法等制备出的炭微球的微观形态、粒径大小及分布、分子结构、化学键、晶相结构等研究。

wang等曾采用稻壳为原料，采用低温水浴的方法并以硫酸为催化剂，合成了粒径在500nm左右的炭微球，且材料表面含有大量的官能团，比表面积高且表现出很好的电学性能，但该法以浓硫酸为催化剂，分离成本较高，且存在污染等问题。

由此可见，与传统的高温水热法相比，以生物质为原料并采用低温水热制备的方法得到炭微球是切实可行的途径，并且以koh此类无毒物质为催化剂。

3. 研究的基本内容与计划

本课题以水解秸秆纤维素为原料，采用水热制备的方法，在不同的原料浓度、炭化温度，炭化时间下分别制得性能、结构各不相同的炭微球。通过SEM探索炭微球的表面形貌、粒径的大小以及粒度分布等参数，通过FTIR探索炭化前后物质的分子结构和化学键等参数以及通过XRD探索炭微球的晶相结构及平均粒度值等参数，旨在探讨不同原料浓度、反应温度、反应时间对炭微球结构、性能的影响，得出制备炭微球的最佳参数，从而提高炭微球的微观形态、粒径大小及活性等，并将其通过后续活化等操作，制成高化学活性、高比表面积的炭微球，运用于电极电位、吸附材料、储氢材料等各个领域，创造其最大的效益。

4. 研究创新点