·1548 北京科技大学学报 第36卷 炭的红外光谱图，基本上没什么变化，说明活化反应 0.420 对炭表面上的基团变化影响不大 0.415 2.3X射线衍射分析 0.410 2.3.1炭化温度的影响 对不同温度下的炭化样品做X射线衍射分析， 0.405 结果如图3所示.从图中可看出，纤维素在400~ 0.400 800℃范围内炭化后的样品衍射峰都是宽峰，属于 0.395 典型的炭无定型结构，说明在400℃以前伴随纤维 0.390 素的热分解，纤维素结构被破坏，碳元素芳环化形成 400 500600700 800 炭化温度PG 碳六角网层.随着炭化温度的升高，谱图中(002)衍 图4炭化温度对纤维素基炭(002)品面间距的影响 射峰对应的Bragg衍射角角度变大，这意味着纤维 Fig.4 Effect of carbonization temperature on the crystallite spacing 素基炭结构中石墨状微晶化程度随炭化温度的升高 (002)of the carbon derived from cellulose 而逐渐增加.此外，随着炭化温度的升高，(002)和 (100)峰的强度逐渐增加，峰形的尖锐程度增加，同 1.52 5.6 时在600℃以上的炭样品X射线衍射谱图中，在 一一堆积厚度 1.48 ·一微晶直径 78°附近逐渐出现了(110)衍射峰，并随温度的升 5.2 高，强度也越来越大，说明600℃时纤维素基炭中出 1.44 48 现了明显的三维微晶结构，炭化温度越高，结构有序 化程度越高.样品的d值、L.值和L,如图4和图5 L.40 4.4 所示.可看到随炭化温度的升高，L值和L值增加， 4.0 dm值逐渐降低，特别是在600℃，降低明显.说明 随炭化温度的升高，样品结构中碳网层数增加，层面 400 500600 700 800 炭化温度℃ 直径增大，层间距减小，石墨化程度提高；但即使在 图5炭化温度对纤维素基炭微品尺寸大小的影响 800℃下得到的纤维素炭的dm值(0.3911nm),也 Fig.5 Effect of carbonization temperature on the crystallite size of 仍远大于石墨的标准层间距(dom=0.3354nm）. the carbon derived from cellulose (110) *CH800 CH6 CH700 CH600 CH4 CH500 CH3 CH2 44CH400 60 80 100 20) 40 60 80 100 20) 图3炭化温度对纤维素基炭X射线衍射图谱的影响 Fig.3 Effect of carbonization temperature on the XRD pattem of the 图6炭化时间对纤维素基炭X射线衍射图谱的影响 carbon derived from cellulose Fig.6 Effect of carbonization time on the XRD pattern of the carbon derived from cellulose 2.3.2炭化时间的影响 炭化时间也是影响纤维素炭结构和孔隙性能的 从图中可以看出，炭化时间从0min增加到120min, 一个因素.固定炭化温度为600℃，选取炭化时间 得到的纤维素炭化焦的X射线衍射图谱没有太大 分别为0、15、40、60、90和120min,对纤维素进行炭 的变化，而且由(002)衍射峰的峰位计算出石墨状 化，炭化后的样品分别以CH1、CH2、CH3、CH4、CH5 微晶(002)晶面的面网平均间距d值在0.3996~ 和CH6表示.图6为所得样品的X射线衍射图谱. 0.3946nm之间变化很小.因此，相对于炭化温度来北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 炭的红外光谱图，基本上没什么变化，说明活化反应 对炭表面上的基团变化影响不大． 2. 3 X 射线衍射分析 2. 3. 1 炭化温度的影响 对不同温度下的炭化样品做 X 射线衍射分析， 结果如图 3 所示． 从图中可看出，纤维素在 400 ～ 800 ℃范围内炭化后的样品衍射峰都是宽峰，属于 典型的炭无定型结构，说明在 400 ℃ 以前伴随纤维 素的热分解，纤维素结构被破坏，碳元素芳环化形成 碳六角网层． 随着炭化温度的升高，谱图中( 002) 衍 射峰对应的 Bragg 衍射角角度变大，这意味着纤维 素基炭结构中石墨状微晶化程度随炭化温度的升高 而逐渐增加． 此外，随着炭化温度的升高，( 002) 和 ( 100) 峰的强度逐渐增加，峰形的尖锐程度增加，同 时在 600 ℃ 以上的炭样品 X 射线衍射谱图中，在 78°附近逐渐出现了( 110) 衍射峰，并随温度的升 高，强度也越来越大，说明 600 ℃时纤维素基炭中出 现了明显的三维微晶结构，炭化温度越高，结构有序 化程度越高． 样品的 d002值、Lc值和 La如图 4 和图 5 所示． 可看到随炭化温度的升高，Lc值和 La值增加， d002值逐渐降低，特别是在 600 ℃，降低明显． 说明 随炭化温度的升高，样品结构中碳网层数增加，层面 直径增大，层间距减小，石墨化程度提高; 但即使在 800 ℃ 下得到的纤维素炭的 d002值( 0. 3911 nm) ，也 仍远大于石墨的标准层间距( d002 = 0. 3354 nm) ． 图 3 炭化温度对纤维素基炭 X 射线衍射图谱的影响 Fig． 3 Effect of carbonization temperature on the XＲD pattern of the carbon derived from cellulose 2. 3. 2 炭化时间的影响 炭化时间也是影响纤维素炭结构和孔隙性能的 一个因素． 固定炭化温度为 600 ℃，选取炭化时间 分别为 0、15、40、60、90 和 120 min，对纤维素进行炭 化，炭化后的样品分别以 CH1、CH2、CH3、CH4、CH5 和 CH6 表示． 图 6 为所得样品的 X 射线衍射图谱． 图 4 炭化温度对纤维素基炭( 002) 晶面间距的影响 Fig． 4 Effect of carbonization temperature on the crystallite spacing ( 002) of the carbon derived from cellulose 图 5 炭化温度对纤维素基炭微晶尺寸大小的影响 Fig． 5 Effect of carbonization temperature on the crystallite size of the carbon derived from cellulose 图 6 炭化时间对纤维素基炭 X 射线衍射图谱的影响 Fig． 6 Effect of carbonization time on the XＲD pattern of the carbon derived from cellulose 从图中可以看出，炭化时间从 0 min 增加到 120 min， 得到的纤维素炭化焦的 X 射线衍射图谱没有太大 的变化，而且由( 002) 衍射峰的峰位计算出石墨状 微晶( 002) 晶面的面网平均间距 d002值在 0. 3996 ～ 0. 3946 nm 之间变化很小． 因此，相对于炭化温度来 · 8451 ·