活性炭生产过程中，在10T高磁场，可使微孔容量提高35%！碳纳米管、石墨烯、活性炭、石墨等碳材料需求量很大。预计需求将继续增加，因为碳材料有许多有益的用途，新应用正在被发现。它们对空气和水的净化、金属精炼中的电极、制造铅笔和润滑剂都是必不可少的。碳源质量(煤焦油沥青)、温度、大气和制备方法对碳材料的性能有重要影响。这是因为碳材料的结构会影响其性能，并且在生产中可以对其结构进行控制。
在生产过程中提出新的控制参数，将导致碳材料功能的细化。无论是否具有磁性，所有材料都多少与磁场相互作用。在磁场中定向石墨烯和纳米管的方法还有很多其他研究探索。然而，目前还没有报道在制备碳材料的过程中，使用高磁场(HMF)来操纵结构的实验。目前的研究是由超导磁体实现，超导磁体可以产生10特斯拉（T）甚至更高的磁场。由日本信州大学科学研究所Hamasaki带领的研究团队，利用超导磁体诱导煤沥青炭化过程中活性炭前体形成微晶(类似于石墨的形成过程)。
图示(a)在没有磁场和存在磁场2T和10T，图都显示了对角线位置和消光位置。(b)磁场对煤焦油沥青碳化过程的影响示意图。
从而使活性炭孔隙体积增加35%，从而创造出更高效的活性炭形态。羟甲基糠醛促进结晶的形成，当结晶越多，就会产生更多的裂口，从而使化学物质与活性炭接触。许多其他具有负磁化率的材料也可以用这种与HMF有效的程序来制造，以获得更好性能。研究了外加磁场对煤焦油沥青碳材料形成的影响。在外加磁场作用下，类似液晶的中间相晶体在碳化过程中具有磁性取向。与非磁场下相比，超导磁体在10T强磁场下产生的炭化煤焦油沥青具有高度定向碳晶结构。
（图示）外加磁场对活性炭形成影响的示意图
在2T以下制备的样品的定向不足，而2T以下的样品很容易由电磁铁提供。氢氧化钾活化可有效地提供活性炭的前驱体。强磁场条件下得到的活性炭具有独特吸附能力，这是由于其相对表面积和总孔隙体积较零磁场条件下的前驱体制备活性炭样品有所增加。在10t磁场下碳化的前驱体比在0-T磁场下碳化的前驱体含有更多结晶体，从而得到高性能的活性炭。
博科园｜研究/来自：信州大学
参考期刊《科学报告》
DOI: 10.1038/s41598-019-43818-y
博科园｜科学、科技、科研、科普
联系客服
