1。4  有序介孔碳制备

目前，有序介孔碳的制备主要有硬模板和软模板两条途径[17]。硬模板法是指采用介孔氧 化硅作为模板来合成介孔碳材料，通过往介孔氧化硅的孔道里加入碳源，然后进行聚合与碳 化，再根据实验条件选用HF酸或是NaOH溶液来去除模板。

1992年，Mobil公司的科学家[18]首次制备出了具有孔道均匀的、可调节孔径的的介孔氧化 硅(MCM-41)，主要应用的技术是纳米结构的自组装，其后陆续制备出MCM、SBA、FDU系 列的介孔氧化硅。这样，就有了一个新的介孔碳材料的合成方法：将介孔氧化硅作为模板。 1999年，韩国Ryoo小组使用氧化硅MCM-48为模板合成介孔碳材料CMK-1[19]。将碳源植入立 方介孔氧化硅MCM-48内，热解碳化后除去氧化硅模板构架，便得到了孔径均一、孔结构高 度规则的介孔碳CMK-1。此后Ryoo小组还使用SBA-15成功制备了六方的介孔碳CMK-3[20] 和 六方排列的碳管CMK-5[21]。此外，科研人员还采用SBA-1、MCM-41、HMS等作为模板合成 多种介孔碳材料。SBA-15氧化硅分子筛由于其特殊的孔道结构，成为制备有序介孔碳较好的 模板材料，而蔗糖是较好的碳源，其他的碳源包括呋喃甲醛、苯酚/甲醛树脂、酚醛树脂[22]等。 硬模板法得先制成介孔氧化硅模板，接着制出介孔碳，后续还得通过HF酸或是NaO H试 剂将模板脱去才算完成。这种做法不但工序繁琐，而且还需要额外消耗掉介孔氧化硅，成本 过高，在工业应用上较难实现，故采用软模板法来制备介孔碳材料已经逐步成为新的研究方

向。

软模板法的核心是将表面活性剂用作模板导向剂，通过自组装(EISA)的形式，将模板剂 和热固性聚合物一起，生成的结构便是高度有序的，紧接着采用碳化的方法来去除模板表面 活性剂，一系列的孔洞就出现了，最终的介孔碳结构同使用的表面活性剂胶束相同。

Moriguchi等人[23]参照MCM-41的合成方法，并从中获得灵感：以溴化十六烷 三甲 基铵 (CTAB)这一表面活性剂，与酚醛树脂的中间相相结合，成功通过胶束模板合成了有序介孔碳 材料。2004年，Dai等人[24]首次发表了采用软模板来合成有序度高的介孔碳材料。

由传统模板法制备的有序介孔碳材料多为 10µm 大小的细微颗粒，其在床层应用中存在 传质效率低、高压降、管道堵塞、难以分离等致命的弱点[25, 26]，使其工业应用受到了限制。 而泡沫炭具有相互贯通的网络结构、高孔隙率、优良的吸附性能等特点，在床层应用中具有 极大的优势。

1。5  泡沫炭

泡沫炭一般为轻质的多孔材料，在结构上有着多重互通的孔洞和彼此相接的孔洞壁构成 的，呈现出三维网络状的结构。依据其孔洞壁不同的微观结构，可以将其分为石墨化和非石 墨化泡沫炭[27]。非石墨化泡沫炭是指骨架由碳原子构成，骨架上的碳原子彼此以成键方式相 互连接、有着多孔的网状构造的固体炭材料[28]。石墨化泡沫炭在性能上与非石墨化泡沫炭不 同，这都归因于其孔壁特有的石墨化结构，在电导率、热导率和力学性能上都超出其他的材 料，这些突出性能增大了石墨化泡沫炭的使用范围。

同单一尺寸的碳材料相比，具有多重的连通的大孔和介孔，等级孔碳材料的性能有显著 提升，同时在吸收、催化和传感器等领域表现出好的应用前景。多孔整体式泡沫炭材料因其 高孔隙率和较好的物理、化学稳定性，使得其对污染物的去除成为可能，在环保、能源等领 域的应用中注入了新的活力[29]。

迄今为止，由于市场上可买到的聚合物海绵低价且资源丰富的优点，使用它们来大规模 的制造炭基材料仍然是一个趋势。作为常见的家庭清洁垫类型，聚氨酯和聚乙烯醇海绵有着 三维大孔隙结构，都表现出好的吸收性能。更重要的是，由于原材料廉价和合成路线简单， 该材料易于大规模生产。