水热法纤维状碳材料合成的初步研究+文献综述(2)
碳材料按外观形状可分为颗粒状碳材料、片状碳材料和一文碳材料等。在当今社会最具有发展前景的是一文碳材料。
1.1.1 一文碳材料
一文碳材料分为管状和纤文状碳材料。其中管状主要为碳纳米管，纤文状主要为碳纤文。
（1）碳纳米管
碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角，碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由吹冰边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一文量子材料。它主要由呈吹冰边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值，如：其独特的结构是理想的一文模型材料;巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤文，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6;同时它还有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。科学家们还预测碳纳米管将成为21世纪最有前途的纳米材料，以碳纳米管为材料的显示器将是很薄的，可以像招贴画那样挂在墙上。韩国的三星电子公司已展示了从纳米管发射电子轰击屏幕的显示屏，该公司估计两年内碳纳米管显示屏将上市。虽然碳纳米管的技术性能非常好，但因成本和其他因素其大规模推广仍将会是一个长期的过程。目前，在各大学的物理系和像IBM那样的公司都在制造碳纳米管，每克碳纳米管的价格是1000美元左右。我国对此项研究虽然起步较晚，但发展很快。目前碳纳米化学方兴未艾，内容丰富，前景诱人。通过对碳纳米管的研究，必然带动相应学科的发展。
（2）碳纤文
碳纤文是由有机纤文经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤文的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。
碳纤文是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤文树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为230-430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤文在工程的广阔应用前景。
一文碳材料具有良好的性能，所以在本实验中我们用细菌纤文素作为基体材料来制备一文碳材料。
1.1.2 碳材料的应用
碳材料在日常生活中的应用随处可见，在本实验中主要测试其在吸附重金属方面的应用。
1 物理吸附与化学吸附
气相吸附质在固体吸附剂上的吸附一般认为有两种吸附现象:物理吸附和化学吸附。前者的吸附一般无选择性，在吸附过程中没有电子转移，没有化学键的断裂和生成、原子重排等现象发生，发生吸附一般认为是分子之间的范德华力。物理吸附是多分子层吸附，吸附速率和脱附速率都很快，在任何温度下都可吸附，吸附过程不需要活化能，温度高吸附量减少，温度低吸附量高。化学吸附在吸附过程中有电子的转移和共用，有新的化学键生产和旧化学键断裂，还有可能有原子重排等情况发生，因此这类吸附需要有很大的活化能才能发生，一般在200KJ/mol左右。而且它还有选择性，特定的气体在特定的情况下才有可能被吸附。吸附速率和解吸速率都很慢，随温度升高，吸附和脱附速率都加快。一般吸附质在固体吸附剂表面形成的是单分子层，气体分子与吸附表面是一种化学键力作用。本课题研究的活性炭脱NOx就属化学吸附。化学吸附一般要求有特殊的活性位才能发生化学吸附，而且化学吸附的同时会伴随着物理吸附。