描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122244871丛书名: 《新型炭材料》丛书
编辑推荐
多孔炭材料不仅包括了活性炭材料，还包括炭分子筛、大孔炭以及介孔炭。随着科技的进步，特别是对炭材料研究的深入，多孔炭材料越来越受到关注，其应用也越来越广，可经调研，市场上暂时还没有一本全面、系统地介绍多孔炭材料的可读性著作，考虑目前市场及读者的需求，特聘请多孔炭材料领域的知名专家来编著此书，以满足广大读者的迫切需求。
内容简介
本书主要阐述了多孔炭材料的性能、改性方法、制备及其应用，全书共分为十二章。结合编著者多年在此领域的研究经验、技术积累以及国内外的新进展，就活性炭，介孔炭，炭分子筛，球形活性炭，核壳结构纳米炭，三维有序大孔炭,以及活性炭纤维的制备、性能、微观结构调控、吸附理论以及其在能源、环境等领域的应用进行了较详细的论述，同时对活性炭纤维与高级氧化技术协同作用和炭基吸附材料的应用前景进行了论述。
本书内容全面，图文并茂，深入浅出。希望能激发出读者的研究热情，为从事炭材料研究的人员提供研究思路和技术方法。
本书适用于对吸附材料有着广泛兴趣的读者，以及从事炭材料研究的科研工作者，本书也可作为大专院校炭材料专业的教学参考书。
本书内容全面，图文并茂，深入浅出。希望能激发出读者的研究热情，为从事炭材料研究的人员提供研究思路和技术方法。
本书适用于对吸附材料有着广泛兴趣的读者，以及从事炭材料研究的科研工作者，本书也可作为大专院校炭材料专业的教学参考书。
目 录
第1章 绪论
参考文献
第2章 活性炭的微观结构及其表面改性方法
2.1 活性炭的微晶结构
2.1.1 螺层形晶体结构
2.1.2 芳族三元结构
2.1.3 中间结构
2.1.4 活性炭晶体结构带来的启迪
2.2 活性炭的孔隙结构
2.2.1 大孔
2.2.2 过渡孔
2.2.3 微孔
2.2.4 不同孔隙类型的孔隙结构参数的测定
2.2.5 不同类型的孔隙在吸附过程中的作用
2.2.6 活性炭实际孔隙结构的特征
2.2.7 活性炭孔隙容积分布的一般特征
2.2.8 孔隙结构与吸附滞后圈的关系
2.3 活性炭表面的化学结构及其性能
2.3.1 活性炭的表面化学本能
2.3.2 表面氧化物对炭吸附剂的吸附性质的影响
2.3.3 活性炭本身的催化作用
2.3.4 活性炭作为催化剂载体的应用
2.3.5 活性炭浸渍氯化汞制成的催化剂用于聚氯乙烯的合成
2.3.6 在活性炭上浸渍铜、铬、银制备成军用防毒催化剂
2.3.7 在活性炭上负载催化剂
2.3.8 在精细化工和制药行业应用
参考文献
第3章 活性炭吸附理论
3.1 物理吸附和化学吸附
3.2 吸附相(表面相)的性质
3.3 物理吸附中吸附剂的非均匀性
3.4 吸附平衡
3.5 毛细凝聚、过渡孔结构和微孔容积充填
3.6 吸附等温线方程
3.7 气固相单组分在均匀表面上的吸附
3.8 杜比宁吸附理论及其发展
3.8.1 吸附力的本性
3.8.2 波兰尼吸附势理论
3.8.3 活性炭蒸气体系的特性曲线
3.8.4 杜比宁拉杜施凯维奇吸附等温线方程
3.8.5 关于在不同温度范围内摩尔体积的修正问题
3.8.6 吸附热力学方程式
3.8.7 关于微孔容积充填理论
3.8.8 活性炭微孔结构的非均相特征
3.8.9 描述炭吸附剂不均匀微孔系统的特性曲线方程
3.8.10 普遍化的吸附特性曲线方程
3.8.11 二元蒸气混合物的吸附
3.8.12 活性炭微孔的形状与特征尺寸
3.8.13 活性炭微孔几何表面积的计算方法
3.8.14 活性炭结构特性参数的校正
3.8.15 各国学者对微孔容积充填理论的研究、应用和发展
3.8.16 结束语
参考文献
第4章 粒状活性炭制备工艺
第5章 介孔炭材料2035.1 介孔炭材料的主要结构特性
第6章 炭分子筛
第7章 球形活性炭
第8章 碳基核壳结构纳米材料
第9章 三维有序大孔炭
第10章 活性炭纤维
第11章 活性炭纤维与高级氧化技术联合应用
第12章 炭基吸附材料的应用前景
参考文献
第2章 活性炭的微观结构及其表面改性方法
2.1 活性炭的微晶结构
2.1.1 螺层形晶体结构
2.1.2 芳族三元结构
2.1.3 中间结构
2.1.4 活性炭晶体结构带来的启迪
2.2 活性炭的孔隙结构
2.2.1 大孔
2.2.2 过渡孔
2.2.3 微孔
2.2.4 不同孔隙类型的孔隙结构参数的测定
2.2.5 不同类型的孔隙在吸附过程中的作用
2.2.6 活性炭实际孔隙结构的特征
2.2.7 活性炭孔隙容积分布的一般特征
2.2.8 孔隙结构与吸附滞后圈的关系
2.3 活性炭表面的化学结构及其性能
2.3.1 活性炭的表面化学本能
2.3.2 表面氧化物对炭吸附剂的吸附性质的影响
2.3.3 活性炭本身的催化作用
2.3.4 活性炭作为催化剂载体的应用
2.3.5 活性炭浸渍氯化汞制成的催化剂用于聚氯乙烯的合成
2.3.6 在活性炭上浸渍铜、铬、银制备成军用防毒催化剂
2.3.7 在活性炭上负载催化剂
2.3.8 在精细化工和制药行业应用
参考文献
第3章 活性炭吸附理论
3.1 物理吸附和化学吸附
3.2 吸附相(表面相)的性质
3.3 物理吸附中吸附剂的非均匀性
3.4 吸附平衡
3.5 毛细凝聚、过渡孔结构和微孔容积充填
3.6 吸附等温线方程
3.7 气固相单组分在均匀表面上的吸附
3.8 杜比宁吸附理论及其发展
3.8.1 吸附力的本性
3.8.2 波兰尼吸附势理论
3.8.3 活性炭蒸气体系的特性曲线
3.8.4 杜比宁拉杜施凯维奇吸附等温线方程
3.8.5 关于在不同温度范围内摩尔体积的修正问题
3.8.6 吸附热力学方程式
3.8.7 关于微孔容积充填理论
3.8.8 活性炭微孔结构的非均相特征
3.8.9 描述炭吸附剂不均匀微孔系统的特性曲线方程
3.8.10 普遍化的吸附特性曲线方程
3.8.11 二元蒸气混合物的吸附
3.8.12 活性炭微孔的形状与特征尺寸
3.8.13 活性炭微孔几何表面积的计算方法
3.8.14 活性炭结构特性参数的校正
3.8.15 各国学者对微孔容积充填理论的研究、应用和发展
3.8.16 结束语
参考文献
第4章 粒状活性炭制备工艺
第5章 介孔炭材料2035.1 介孔炭材料的主要结构特性
第6章 炭分子筛
第7章 球形活性炭
第8章 碳基核壳结构纳米材料
第9章 三维有序大孔炭
第10章 活性炭纤维
第11章 活性炭纤维与高级氧化技术联合应用
第12章 炭基吸附材料的应用前景
前 言
作为大自然神奇的物质，炭材料具有耐酸碱、耐腐蚀、耐高温、耐低温和生物相容性等一系列优异特性。特别是通过其sp电子轨道杂化，可以变异衍生出成千上万种不同形态和性能的物质材料：炭材料可以成为世界上极硬的材料,也可以变为极软的材料；可以成为极好的导电材料，也可以变为半导体和良好的绝缘材料；可以成为极好的导热材料，也可变为热保温隔热材料；可以是黑色的不透明材料，也可以是清澈的透明材料；可以成为强度极高的材料，也可变为强度极低的材料；可以成为密度极大的材料，也可变为密度极低的材料；可以成为柔性极好的材料，也可以变为刚度极大的材料；可以是尺度小的零维形态材料，也可以是薄的一维和二维材料。
多孔炭材料作为炭材料大家庭的主要成员，在漫长的历史长河中，随着人类文明的进程，起着极其重要的作用。在每一历史阶段，都有着独特的表现形式。特别是自人类发明了火以来，都在自觉和不自觉地应用着多孔炭材料。如由初的木炭止血、烟灰止血疗伤、泡酒到止血绷带、无菌床单、人体骨骼、体内重金属消除；从社会环境的大气和水体污染物修复到污染物中宝贵资源的回收利用；从日常生活中衣食住行的除味消毒到居室场所的环境深度净化；从人体健康防护到航天军工领域的生命防护材料；从个人空间的防护逃生材料到公共场所的安全防护材料；从工业品的提纯材料到食品的安全储存材料；从血液净化材料到防毒防化材料；从工厂车间的环境防护材料到冷库、屠宰场所的异味消除材料；从电子元件生产环境的防护材料到有机溶剂的回收再利用材料等。
继煤和石油的出现以及现代化工业的迅速发展，煤基活性炭应运而生，伴随着不断出现的工业需求，不同种类的煤基活性炭、性能优良的木质炭、石油基活性炭、球形活性炭、炭分子筛、介孔炭、三维有序大孔介孔炭、核壳结构炭和活性炭纤维相继出现，在一定程度上满足了工业的应用和需求。
然而，多孔炭的宏观应用至今无法获得较精准的规律性和指导性，已不能满足日益出现的市场需求。为了探索材料宏观性能的缘由，对构成多孔炭材料的微晶结构的研究，包括基本结构、微晶组成、微观性能及微结构调控方法的研究都在深入广泛地进行中。对多孔炭材料构成的微观空隙结构，包括不同尺度的空隙、性能及对宏观材料的调控研究也在不断深入研究中。通过对材料表面存在的官能基团及其种类和性质的研究，以及纳米微孔结构设计和调控方法的规律性研究，可揭示微观性能对材料的宏观性能的作用原理和本质。因此，微观决定着宏观，微观性能决定了宏观材料的适用性。
在大量微观结构研究的基础上，以及对各种吸附理论的归纳和对比的基础上，微观理论研究不断地得以完善，以期获得更为精准地指导材料的制备。各种新型分析仪器的出现，使得人们对材料的微观组成和结构有了更加直观的了解，这对于材料的微观性能和改性起到了直接加速的作用；以及对吸附理论的进一步完善，起着极其重要的作用。
随着现代工业的加速发展，环境问题表现得日益突出，各种新的有毒有害物质不断出现，空气质量显著下降，水体质量严重恶化，居民对健康生存环境的渴望日益加剧。传统的环境治理技术已无法满足现实需要，许多新型处理技术不断出现，多孔炭材料由于其独特的性能在此起着极其重要的作用。特别是通过对多孔炭材料表面丰富的官能基团进行修饰和改性，可以使材料表面的化学性质发生根本性变化：可由碱性变为中性或酸性，由亲水性变为疏水性，由极性变为非极性等。通过与金属复合可获得具有屏蔽效应的材料；通过表面结构控制获得高功率电极材料；通过纳米微孔控制和设计，可以获得分子筛材料；通过硅化可获得耐高温催化和吸附材料；通过与石墨烯等纳米材料复合，可获得有效防护PM2.5和H7N9等毒物毒气的呼吸防护型材料；通过表面添加活性组分，可获得高效回收有害物中高附加值的材料；通过负载光催化材料，可以获得原位吸附降解材料；通过材料变形，可以获得不同形态的工艺材料；通过表面负载特定组分，可以获得不同特性的催化材料；通过对纳米微孔的调控，可以获得针对不同污染物分子大小的高效吸附材料；通过对多孔炭材料的功能化改性和负载复合材料的协同作用，可获得用于废水达标排放处理、废水零排放处理和污染土地的修复和保护材料。这些通过对材料结构改造后获得的材料，可以应用于大气环境修复，废水深度处理，饮用水安全净化，环境中有害物的消除与回收，电子电极材料，高效电容器材料，密闭系统中生物异味的高效消除材料，防毒防化和呼吸防护材料，医药卫生材料，食品保存材料，高效杀菌无菌材料，汽车尾气吸附催化材料，工业催化材料，有机污染物的降解与回收利用材料，以及典型污染物如硫化物、氨氮化合物、酚类物质、醛类物质、苯类物质及重金属的无毒化转化消除和回收利用材料，如将剧毒的6价铬转变为无毒的3价铬，将剧毒的3价砷转变为无毒的5价砷，将剧毒的汞转变为硫化汞和银化汞……
伴随着更深刻的市场需求，以及对彻底消除污染物并不产生二次污染物的期待，单一材料已经力不从心。不同功能、不同领域交叉学科的复合材料相继出现。高效利用太阳能已成为多孔炭与光催化复合材料的研究热点，是国内外学者研究的主要前沿领域之一。多孔炭/二氧化钛光催化复合材料对太阳能的应用研究已获得较大进展，如通过对纳米二氧化钛的晶格插层改性，可将200mg/L的甲基橙在可见光下45min内彻底降解，达到了目前国内外好的研究水平。
利用多孔炭的超强的吸附功能和催化材料有机复合，通过与高级氧化技术的协同作用，多孔炭材料在废水深度净化和大气有害物处理方面正在发挥着巨大作用。如将功能改性后的活性炭纤维与二氧化钛有机复合，在与光催化氧化技术或高能效等离子的协同作用下，在不产生二次污染前提下，可将炼油外排废水处理至地表水水质，在真正意义上达到废水资源化。
可以预见，随着现代工业化的日益发展和对材料的深入研究，多孔炭材料必将在人类社会文明和环境保护方面展现出崭新的面貌，焕发出新的活力，绽放出缤丽多彩的光华。
多孔炭材料由于其独特的性能广受国内外学者的关注。特别是在对环境法规日益严格和社会广泛关注的背景下，多孔炭材料在大气环境治理、废水深度处理和饮用水安全保障方面起着极其重要的作用。同时多孔炭材料在食品、医药和人体健康方面也起着重要的作用。由于多孔炭材料有着巨大的比表面积和丰富的纳米微孔，通过对材料微观结构的改性可以制备出成千上万、性能各异的功能性材料，使之逐渐满足工业生产和环境保护的需求。
此外，本书编著过程中还得到了吴明铂、江波、朱超胜、仇实、王涵、方黎洋、孙冠华、袁建军、尹华承等同事、学生的大力支持和帮助；还有王先利、陈珍珍、张露、靳婷婷、陈勋、刘玉坤、曹小青、黄建雨等积极参与了文献整理等工作，在此一并表示感谢。
由于多孔炭材料家族众多（包括活性炭、介孔炭、炭分子筛、球形活性炭、核壳结构纳米炭、三维有序大孔炭和活性炭纤维），涉及面较广，限于水平，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者和同行专家批评指正，以便再版时能得到进一步完善。
后，真诚地希望本书的出版，能够促进我国多孔炭材料产、学、研的有效结合和快速发展，尽快达到国际先进研究水平，为环境保护、造福人类社会尽微薄之力。
编著者
2015年3月
于中国石油大学 （华东）
多孔炭材料作为炭材料大家庭的主要成员，在漫长的历史长河中，随着人类文明的进程，起着极其重要的作用。在每一历史阶段，都有着独特的表现形式。特别是自人类发明了火以来，都在自觉和不自觉地应用着多孔炭材料。如由初的木炭止血、烟灰止血疗伤、泡酒到止血绷带、无菌床单、人体骨骼、体内重金属消除；从社会环境的大气和水体污染物修复到污染物中宝贵资源的回收利用；从日常生活中衣食住行的除味消毒到居室场所的环境深度净化；从人体健康防护到航天军工领域的生命防护材料；从个人空间的防护逃生材料到公共场所的安全防护材料；从工业品的提纯材料到食品的安全储存材料；从血液净化材料到防毒防化材料；从工厂车间的环境防护材料到冷库、屠宰场所的异味消除材料；从电子元件生产环境的防护材料到有机溶剂的回收再利用材料等。
继煤和石油的出现以及现代化工业的迅速发展，煤基活性炭应运而生，伴随着不断出现的工业需求，不同种类的煤基活性炭、性能优良的木质炭、石油基活性炭、球形活性炭、炭分子筛、介孔炭、三维有序大孔介孔炭、核壳结构炭和活性炭纤维相继出现，在一定程度上满足了工业的应用和需求。
然而，多孔炭的宏观应用至今无法获得较精准的规律性和指导性，已不能满足日益出现的市场需求。为了探索材料宏观性能的缘由，对构成多孔炭材料的微晶结构的研究，包括基本结构、微晶组成、微观性能及微结构调控方法的研究都在深入广泛地进行中。对多孔炭材料构成的微观空隙结构，包括不同尺度的空隙、性能及对宏观材料的调控研究也在不断深入研究中。通过对材料表面存在的官能基团及其种类和性质的研究，以及纳米微孔结构设计和调控方法的规律性研究，可揭示微观性能对材料的宏观性能的作用原理和本质。因此，微观决定着宏观，微观性能决定了宏观材料的适用性。
在大量微观结构研究的基础上，以及对各种吸附理论的归纳和对比的基础上，微观理论研究不断地得以完善，以期获得更为精准地指导材料的制备。各种新型分析仪器的出现，使得人们对材料的微观组成和结构有了更加直观的了解，这对于材料的微观性能和改性起到了直接加速的作用；以及对吸附理论的进一步完善，起着极其重要的作用。
随着现代工业的加速发展，环境问题表现得日益突出，各种新的有毒有害物质不断出现，空气质量显著下降，水体质量严重恶化，居民对健康生存环境的渴望日益加剧。传统的环境治理技术已无法满足现实需要，许多新型处理技术不断出现，多孔炭材料由于其独特的性能在此起着极其重要的作用。特别是通过对多孔炭材料表面丰富的官能基团进行修饰和改性，可以使材料表面的化学性质发生根本性变化：可由碱性变为中性或酸性，由亲水性变为疏水性，由极性变为非极性等。通过与金属复合可获得具有屏蔽效应的材料；通过表面结构控制获得高功率电极材料；通过纳米微孔控制和设计，可以获得分子筛材料；通过硅化可获得耐高温催化和吸附材料；通过与石墨烯等纳米材料复合，可获得有效防护PM2.5和H7N9等毒物毒气的呼吸防护型材料；通过表面添加活性组分，可获得高效回收有害物中高附加值的材料；通过负载光催化材料，可以获得原位吸附降解材料；通过材料变形，可以获得不同形态的工艺材料；通过表面负载特定组分，可以获得不同特性的催化材料；通过对纳米微孔的调控，可以获得针对不同污染物分子大小的高效吸附材料；通过对多孔炭材料的功能化改性和负载复合材料的协同作用，可获得用于废水达标排放处理、废水零排放处理和污染土地的修复和保护材料。这些通过对材料结构改造后获得的材料，可以应用于大气环境修复，废水深度处理，饮用水安全净化，环境中有害物的消除与回收，电子电极材料，高效电容器材料，密闭系统中生物异味的高效消除材料，防毒防化和呼吸防护材料，医药卫生材料，食品保存材料，高效杀菌无菌材料，汽车尾气吸附催化材料，工业催化材料，有机污染物的降解与回收利用材料，以及典型污染物如硫化物、氨氮化合物、酚类物质、醛类物质、苯类物质及重金属的无毒化转化消除和回收利用材料，如将剧毒的6价铬转变为无毒的3价铬，将剧毒的3价砷转变为无毒的5价砷，将剧毒的汞转变为硫化汞和银化汞……
伴随着更深刻的市场需求，以及对彻底消除污染物并不产生二次污染物的期待，单一材料已经力不从心。不同功能、不同领域交叉学科的复合材料相继出现。高效利用太阳能已成为多孔炭与光催化复合材料的研究热点，是国内外学者研究的主要前沿领域之一。多孔炭/二氧化钛光催化复合材料对太阳能的应用研究已获得较大进展，如通过对纳米二氧化钛的晶格插层改性，可将200mg/L的甲基橙在可见光下45min内彻底降解，达到了目前国内外好的研究水平。
利用多孔炭的超强的吸附功能和催化材料有机复合，通过与高级氧化技术的协同作用，多孔炭材料在废水深度净化和大气有害物处理方面正在发挥着巨大作用。如将功能改性后的活性炭纤维与二氧化钛有机复合，在与光催化氧化技术或高能效等离子的协同作用下，在不产生二次污染前提下，可将炼油外排废水处理至地表水水质，在真正意义上达到废水资源化。
可以预见，随着现代工业化的日益发展和对材料的深入研究，多孔炭材料必将在人类社会文明和环境保护方面展现出崭新的面貌，焕发出新的活力，绽放出缤丽多彩的光华。
多孔炭材料由于其独特的性能广受国内外学者的关注。特别是在对环境法规日益严格和社会广泛关注的背景下，多孔炭材料在大气环境治理、废水深度处理和饮用水安全保障方面起着极其重要的作用。同时多孔炭材料在食品、医药和人体健康方面也起着重要的作用。由于多孔炭材料有着巨大的比表面积和丰富的纳米微孔，通过对材料微观结构的改性可以制备出成千上万、性能各异的功能性材料，使之逐渐满足工业生产和环境保护的需求。
此外，本书编著过程中还得到了吴明铂、江波、朱超胜、仇实、王涵、方黎洋、孙冠华、袁建军、尹华承等同事、学生的大力支持和帮助；还有王先利、陈珍珍、张露、靳婷婷、陈勋、刘玉坤、曹小青、黄建雨等积极参与了文献整理等工作，在此一并表示感谢。
由于多孔炭材料家族众多（包括活性炭、介孔炭、炭分子筛、球形活性炭、核壳结构纳米炭、三维有序大孔炭和活性炭纤维），涉及面较广，限于水平，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者和同行专家批评指正，以便再版时能得到进一步完善。
后，真诚地希望本书的出版，能够促进我国多孔炭材料产、学、研的有效结合和快速发展，尽快达到国际先进研究水平，为环境保护、造福人类社会尽微薄之力。
编著者
2015年3月
于中国石油大学 （华东）
书摘插画
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