В материаловедении термины «пористый углерод» и «пористый уголь» часто используются как взаимозаменяемые. Однако они относятся к разным категориям материалов, различающимся по концептуальному охвату, методам получения и условиям применения. Ключевое различие заключается в определениях «углерода» и «угля». Проще говоря, пористый уголь — это подвид пористого углерода. Пористый углерод представляет собой более широкую категорию материалов. Ниже мы подробно рассмотрим эти различия.
1. Основные определения: специфичность понятия «Char» и широта понятия «Carbon»
Пористый уголь (или пористый углеродистый материал) относится к пористым материалам, полученным из богатых углеродом органических прекурсоров, таких как биомасса, уголь, смолы или пластиковые отходы, путём пиролиза или карбонизации. Этот процесс обычно включает нагревание прекурсора до 400–1000 °C в инертной атмосфере для удаления неуглеродных элементов (например, кислорода, водорода, азота) с сохранением углеродного скелета.
Ключевые характеристики пористого угля: Органические прекурсоры. Зависимость от карбонизации. Чистота углерода, как правило, менее 100% (может содержать остаточные гетероатомы или золу, например, уголь из биомассы содержит следы калия или кальция). Микроструктура с преобладанием аморфных или графитовых микрокристаллов (низкая степень кристалличности).
Пористый углерод в широком смысле относится ко всем углеродным материалам с пористой структурой. Эта категория включает не только пористый уголь, но и материалы, полученные без использования карбонизации. Такие материалы часто характеризуются более высокой чистотой углерода и более специализированной кристаллической структурой.
Ключевые особенности пористого углерода: отсутствие строгой зависимости от органических прекурсоров или карбонизации; широкий спектр форм, включая аморфный углерод, графитовый углерод, углеродные нанотрубки и пористые материалы на основе графена; чистота углерода может приближаться к 100% (например, высокоочищенный графитовый пористый углерод).
2. Методы подготовки: как процессы определяют материал
Метод приготовления — это самый прямой способ отличить эти материалы:
| Аспект | Пористый уголь | Пористый углерод |
| Ключевой процесс | Требуется карбонизация (пиролиз для удаления неуглеродистых элементов) | Могут включать методы карбонизации или некарбонизации (например, шаблонный синтез, самосборка) |
| Типичные предшественники | Биомасса (солома, опилки), уголь, фенольные смолы, отходы пластика | Пористый уголь, углеродные нанотрубки, графен, активированный уголь, мезопористый углерод |
| Пример подготовки | Биоуголь, полученный пиролизом биомассы; уголь на основе пиролиза угля | Мезопористый углерод, синтезированный по шаблону; графеновый аэрогель, полученный методом сублимационной сушки |
Примеры случаев:
А. Пористый уголь: опилки, обугленные при температуре 800°С в атмосфере азота.
Б. Пористый углерод (полученный из угля): мезопористый углерод, изготовленный с использованием кремниевого шаблона и карбонизации сахарозы.
C. Пористый углерод (путь без карбонизации): пористый материал на основе графена, полученный методом сублимационной сушки.
3. Структура и свойства: чистота, кристалличность и эксплуатационные характеристики
Различия в приготовлении приводят к разным микроструктурам и макроскопическим свойствам:
| Свойство | Пористый уголь | Пористый углерод |
| Чистота углерода | Средне-низкий (80–95%, с гетероатомами/золой) | Высокая (до 99,9%, особенно на маршрутах без карбонизации) |
| Кристаллическая структура | В основном аморфный; ограниченное количество графитовых микрокристаллов (низкого порядка) | Настраиваемый (аморфный, графитовый, высокографитизированный или на основе графена) |
| Контроль пор | Умеренный (распределение пор регулируется температурой/активацией) | Высокая (точный контроль размера и формы пор с помощью шаблонов или самостоятельной сборки) |
| Электропроводность | Умеренный (мало аморфного углерода; может потребоваться активация) | Высокая (графитированный или пористый углерод на основе графена может приближаться к металлической проводимости) |
| Химическая стабильность | Среда (остаточные гетероатомы могут вызвать окисление/коррозию) | Высокая (чистый углерод обеспечивает устойчивость к кислотам, щелочам и высокотемпературному окислению) |
4. Приложения: от недорогих базовых решений до высокопроизводительных функций
Области применения этих материалов отражают их эксплуатационные характеристики:
Основные области применения пористого угля: недорогие, базовые функциональные сценарии.
Улучшение почвы: Биоуголь улучшает удержание воды и доступность питательных веществ.
Очистка сточных вод: недорогая адсорбция тяжелых металлов и органических загрязнителей.
Носитель удобрений: пористая структура обеспечивает медленную доставку удобрений.
Основные области применения пористого углерода: высокотехнологичные и высокодоходные решения
Накопление энергии: электроды для литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов (высокая проводимость и площадь поверхности повышают емкость и скоростные характеристики).
Катализ: носитель катализатора для топливных элементов (высокая стабильность и точная структура пор).
Высококачественная адсорбция: сверхчистая очистка газов в аэрокосмической промышленности и электронике (без выделения примесей, высокая селективность адсорбции).
Биомедицина: каркасы для доставки лекарств и тканевой инженерии (высокая биосовместимость, нетоксичность).
Пористый уголь — это разновидность пористого углерода, получаемого путём карбонизации органических прекурсоров. Однако пористый углерод — это общий термин, охватывающий все пористые материалы на основе углерода, включая пористый уголь, а также материалы более высокой чистоты и более сложной структуры.
О Epic Powder
Струйные мельницы от Эпический порошок Являются отличным выбором для измельчения пористых углеродных материалов. Они обеспечивают равномерное распределение размера частиц, сохраняя при этом пористую структуру, что критически важно для высокочистых и высокопроизводительных применений, таких как хранение энергии, катализ и улучшенная адсорбция.
Хотя пористый углерод охватывает широкий спектр углеродных материалов, пористый уголь относится именно к тем, которые получаются путем карбонизации органических прекурсоров. Пористый уголь часто имеет более низкую чистоту и менее упорядоченную микроструктуру по сравнению с другими формами пористого углерода, такими как синтезированный по шаблону мезопористый углерод или материалы на основе графена. Струйные мельницы Epic достаточно универсальны для эффективной переработки обоих типов, обеспечивая оптимальное измельчение для различных промышленных нужд.