4.2.2　制备多孔碳材料的催化剂和模板

硅藻土被用作合成大孔碳的模板。然而，在硅藻土基多孔碳的制备中，总是使用硫酸作为催化剂来催化碳前驱体。硫酸的加入对环境有潜在危害，也增加了制备成本。在我们之前的研究中，我们发现硅藻土本身含有固体酸位：Brønsted酸位来自一些氢键键合的硅烷醇，Lewis酸位来自非常小的粘土矿物颗粒，牢固地粘附在硅藻壳上。因此，利用硅藻土（来自圆筛藻属）的这些固有酸性位点而不是添加酸来催化碳前驱体，并研究了固体酸度对多孔碳最终结构的关键影响。

结果表明，固体酸度使初始/活化硅藻土成为生成多孔碳（所得碳表示为C/Dt CE ）的催化剂，并且碳产物的多孔参数强烈依赖于硅藻土模板的固体酸度。硅藻土的形态也显著影响多孔碳的纹理结构。碳产品中的两种大孔结构，部分实心柱和有序空心管，分别来源于硅藻壳中心孔和边缘孔的复制（见图4.14）。中孔和尺寸均匀的虫洞状微孔分别是由于模板去除过程中石墨微晶的堆积和碳膜的结构重构的结果。硅藻土的酸度显著影响碳的孔隙率。硅藻土模板的酸性位点越多，碳产物的表面积和孔体积越大，表明硅藻土模板的酸度与硅藻土模板碳的孔隙参数呈正相关，如图4.15所示。

分级多孔碳显示出高比表面积（高达426m 2 ·g -1 ）和孔体积（高达0.195cm 3 ·g -1 ）以及对溶剂石脑油和H 2 具有良好的吸附能力，在吸附和储气方面具有潜在的应用前景，如图4.16所示。

来自不同硅藻属的硅藻土表现出不同的形态和孔隙率，导致获得的硅藻土模板炭具有不同的结构和对亚甲基蓝（MB）的吸附能力。末端封闭的碳管来源于针杆藻属硅藻壳的复制（获得的碳表示为C/Dt SE ，图4.15）。三种吸附剂的比表面积单层吸附容量遵循C/Dt SE （333mg·g -1 ）>C/Dt CE =商业活性炭（CAC，250mg·g -1 ）的顺序。硅藻土模板碳比商业活性炭具有更高的MB吸附能力，在吸附和净化领域显示出良好的应用前景。

然而，必须指出的是，使用氟化氢（HF）作为蚀刻剂对硅藻土模板的蚀刻对环境具有潜在威胁。因此，在我们的研究中选择了氢氧化钾（KOH）来蚀刻硅藻土模板，我们发现KOH还可以作为活化剂来提高硅藻土模板化碳的孔隙率。分离出的碳产品在其表面负载KOH，在管式炉中于N 2 环境下再次碳化后，碳的孔隙率得到改善。KOH活化的硅藻土模板碳比原始碳和CO 2 活性炭具有更高的比表面积（988m 2 ·g -1 ）、总孔体积（0.675cm 3 ·g -1 ）和MB吸附容量（645.2mg·g -1 ）。此外，以KOH蚀刻硅藻土模板得到的含硅和含钾溶液为硅源和钾源，制备了分子筛副产物K-H沸石（Z/Dt），如图4.17所示。沸石产品具有棒状形态和纳米尺寸的颗粒，具有以中孔为主的多孔结构。因此，硅藻土不仅作为催化剂和模板剂，还作为硅源制备碳材料和沸石，为废液回收利用提供了一种经济可行的简便方法。