Page 82 - 化工安全生产与环保技术

第三章 生物质材料资源化利用

电容器装置的质量和尺寸应给与关注。通过引入具有 EDLC 和 PC 协同作用的赝
电容材料的生物炭，可以提高 PC 的活性，EDLC/PC 复合材料还可以兼备 PC 的
高特定电容和 EDLC 的高稳定性。在各种赝电容材料中，MnO 2 因其丰富、廉价

且对环境无害而被关注，MnO 2 还具有较高的理论比电容，但其较差的电子电导
率限制了电极的利用，Toupin 等为了克服该缺点，将 MnO 2 与炭材料混合或装载
到炭载体上。Wan 等用木材衍生生物炭（WDB）为底物，通过 KMnO 4 与生物炭
表面的碳之间的原位氧化还原反应在表面上形成片状纳米 MnO 2 。MnO 2 /WDB 电

极在 0.05A/g 下的特定电容量为 101F/g，比木材衍生生物炭（19F/g）大 5 倍。
其他过渡金属氧化物或氢氧化物，如 Co 3 O 4 、NiO 以及 Ni（OH） 2 或导电聚合物
如聚苯胺也用于制造基于生物炭的 EDLC/PC 电极。

二、生物质炭材料的应用

生物质炭的化学性质稳定，可应用于较大的酸碱度范围，有利于负载于活
性炭的催化剂活性组分的分散，提高催化剂的活性。曲健林等以棉秆为原料，
H 3 PO 4 为活化剂制备活性炭，将其作为载体负载 Co-B 催化活性组分，用于催化

硼氢化钠水解制氢反应，表现出了较高的催化反应活性。Kastner 等将热解花生
壳和木屑生物质炭通过磺化制得固体酸催化剂，发现对催化棕榈酸和硬脂酸的酯
化反应均表现出较高的活性，棕榈酸转化率接近 100%。生物碳基催化剂也被用
于生物柴油的生产，使用废弃的植物油作为游离脂肪酸混合乙醇原料，60℃下用

炭化—磺化法可达 77%~89% 的酯化率；精制的微藻油和甲醇为原料，炭化－磺
化法在 100℃下制备生物碳基催化剂，酯化率可达 97%~98%。

三、生物质基碳点制备及应用

碳点（Carbon dots，CDs）是一种尺寸小于 10nm 的新型零维荧光纳米材料，
由石墨化的 sp2 碳核和表面含有氨基、醚基、羰基和羟基等丰富基团的外壳组成，
具有易制备、毒性低、光学性能稳定和无光漂白等优点。自 2004 年被发现以来，
CDs 的制备、发光机理及应用一直是研究的热点。CDs 制备方法分为自上而下
法和自下而上法，涵盖电化学氧化、激光烧蚀、水热、热解和微波法等，而水热

法和微波法因具有简单、快速等特点而受到青睐。目前对 CDs 的发光机理还未
有统一的解释，被广泛接受的有三种：由碳核结构决定的量子限域和共轭 π 键

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