Вступ до твердих вуглецевих матеріалів

Твердий вуглець: це тип вуглецю, який важко піддається графітизації навіть при температурах вище 2500 градусів, названий на честь його високої механічної твердості. Форма твердого вуглецю може бути сферичною, лінійною або пористою. Тверді вуглецеві прекурсори, як правило, є термореактивними матеріалами, тому вони зазвичай здатні підтримувати морфологію прекурсора під час процесу синтезу матеріалу. Після високотемпературної карбонізації короткі графенові листи (також відомі як графітові домени або псевдографіт) у твердому вуглеці розташовані впорядкованим чином, утворюючи кінцеву стопку з 2–6 шарів довжиною до 40 Å. .
Кілька попередників твердої вуглецевої біомаси
1. Кокосова шкаралупа
Шкаралупа кокосового горіха — це внутрішня оболонка кокосового горіха з твердою текстурою, яка зазвичай використовується у виробництві посуду, виробів ручної роботи та активованого вугілля. Твердий вуглець на основі шкаралупи кокосового горіха має добре розвинену структуру пор, низький вміст золи та співвідношення H/C до O/C, що робить його ідеальним матеріалом для негативного електроду. В даний час його індустріалізація прогресує на ранніх стадіях, і його показники хороші. Основні райони виробництва кокосів - Шрі-Ланка, Малайзія, Індія, Філіппіни. Існує невелика кількість плантацій у таких регіонах, як Хайнань і Тайвань у Китаї, причому на провінцію Хайнань припадає понад 99% площі внутрішніх насаджень. Крім того, порівняно з регіонами виробництва кокосових горіхів, такими як Філіппіни та Індонезія, провінція Хайнань у Китаї має вищу широту, менший час та інтенсивність сонячного світла, тоншу кокосову шкаралупу, нижчу твердість і не є матеріалом для виробництва матеріалів для карбонізації кокосової шкаралупи. Кокосову шкаралупу в Південно-Східній Азії зазвичай виробляють підприємства.
2. Крохмаль
Крохмаль є одним із поширених відновлюваних біоматеріалів, широко присутніх у різних рослинах. Як типовий полісахарид, крохмаль має простий склад, високий вміст вуглецю і низьку ціну. У той же час, порівняно з іншими прекурсорами біомаси, крохмаль має природну сферичну форму, що робить його висококонкурентоспроможним матеріалом-попередником для отримання твердого вуглецю. Крохмаль, як промисловий продукт, має достатню внутрішню забезпеченість і високу чистоту. Крохмаль - це органічний високомолекулярний вуглевод високої чистоти. Коли органічні полімерні сполуки використовуються як джерела твердого вуглецю, їх можна комбінувати зі специфічними методами синтезу для отримання твердих вуглецевих матеріалів зі спеціальною морфологією. Процес синтезу часто складний, але він дозволяє уникнути домішок і забезпечити структурну послідовність.
3. Мосо бамбук
Бамбук Мосо - це рослина сімейства злакових, що належить до роду чубаток. Він має товсту та швидку форму стрижня та може стабільно рости через 5-8 років. Це економічно цінний вид бамбука, який широко використовується в будівельній промисловості, паперовій промисловості та інших галузях. Китай має багаті ресурси бамбукового лісу. Китай є батьківщиною бамбука і має рясне виробництво. Результати дев'ятої національної інвентаризації лісових ресурсів показують, що площа бамбукових лісів у Китаї становить 6,4116 млн га, з яких на бамбукові ліси припадає 72,96%. Бамбук Мосо в основному поширений у басейні річки Циньлін Хань і південному регіоні басейну річки Янцзи в Китаї.
4. Солома
Солома, як відходи сільського господарства, багата ресурсами. Китай є великою сільськогосподарською країною, і високоврожайні культури, такі як пшениця, кукурудза та рис, щороку забезпечують величезну кількість ресурсів соломи біомаси. У 2020 році внутрішнє виробництво соломи сільськогосподарських культур становило 792 млн тонн, з яких 667 млн ​​тонн можна було зібрати як ресурси. Солому, як відхід сільського господарства, здавна використовували переважно для опалення, корму худоби та органічних добрив. З них використання добрив у 2020 році становило 51,2%.