Wprowadzenie do twardych materiałów węglowych

Twardy węgiel: Jest to rodzaj węgla, który trudno ulega grafityzacji nawet w temperaturach powyżej 2500 stopni, nazwany tak ze względu na jego wysoką twardość mechaniczną. Twardy węgiel może mieć postać kulistą, liniową lub porowatą. Prekursory węgla twardego są na ogół materiałami termoutwardzalnymi, zatem zazwyczaj są w stanie zachować morfologię prekursora podczas procesu syntezy materiału. Po karbonizacji w wysokiej temperaturze krótkie arkusze grafenu (znane również jako domeny grafitowe lub pseudografit) w twardym węglu układają się w sposób uporządkowany krótkiego zasięgu, tworząc skończony stos od 2 do 6 warstw o ​​długości do 40 Å .
Kilka prekursorów biomasy twardego węgla
1. Skorupa kokosa
Skorupa orzecha kokosowego to wewnętrzna skórka orzecha kokosowego o twardej teksturze, powszechnie stosowana do produkcji naczyń, rękodzieła i węgla aktywnego. Twardy węgiel na bazie łupin orzecha kokosowego ma dobrze rozwiniętą strukturę porów, niską zawartość popiołu i stosunek H/C do O/C, co czyni go idealnym materiałem na elektrodę ujemną. Obecnie postęp industrializacji jest wczesny, a wyniki są dobre. Głównymi obszarami produkcji kokosów są Sri Lanka, Malezja, Indie i Filipiny. Istnieje niewielka liczba plantacji w regionach takich jak Hainan i Tajwan w Chinach, przy czym prowincja Hainan stanowi ponad 99% krajowego obszaru nasadzeń. Ponadto w porównaniu z obszarami produkującymi orzechy kokosowe, takimi jak Filipiny i Indonezja, prowincja Hainan w Chinach ma wyższą szerokość geograficzną, słabszy czas i intensywność nasłonecznienia, cieńsze łupiny orzecha kokosowego, niższą twardość i nie jest materiałem do produkcji materiałów do karbonizacji łupin orzecha kokosowego. Łupiny orzecha kokosowego w Azji Południowo-Wschodniej są na ogół produkowane przez przedsiębiorstwa.
2. Skrobia
Skrobia jest jednym z powszechnie występujących biomateriałów odnawialnych, powszechnie występującym w różnych roślinach. Skrobia, jako typowy polisacharyd, charakteryzuje się prostym składem, dużą zawartością węgla i niską ceną. Jednocześnie w porównaniu do innych prekursorów biomasy skrobia posiada naturalny kulisty kształt, co czyni ją wysoce konkurencyjnym materiałem prekursorowym do otrzymywania węgla twardego. Skrobia, jako produkt przemysłowy, ma wystarczającą podaż krajową i wysoką czystość. Skrobia to organiczny wysokocząsteczkowy węglowodan o wysokiej czystości. Gdy jako źródła twardego węgla stosuje się organiczne związki polimerowe, można je połączyć ze specyficznymi metodami syntezy w celu uzyskania twardych materiałów węglowych o specjalnej morfologii. Proces syntezy jest często złożony, ale pozwala uniknąć zanieczyszczeń i zapewnia spójność strukturalną.
3. Bambus Moso
Bambus Moso to roślina z rodziny Poaceae, należąca do rodzaju Corydalis. Ma gruby i szybki kształt pręcika i może rosnąć stabilnie po 5-8 latach. Jest to cenny ekonomicznie gatunek bambusa, szeroko stosowany w budownictwie, przemyśle papierniczym i innych dziedzinach. Chiny posiadają obfite zasoby lasów bambusowych. Chiny są ojczyzną bambusa i charakteryzują się obfitą produkcją. Wyniki dziewiątej krajowej inwentaryzacji zasobów leśnych pokazują, że powierzchnia lasów bambusowych w Chinach wynosi 6,4116 mln hektarów, z czego lasy bambusowe stanowią 72,96%. Bambus Moso występuje głównie w dorzeczu rzeki Qinling Han i południowym regionie dorzecza rzeki Jangcy w Chinach.
4. Słoma
Słoma, jako odpad rolniczy, jest bogata w zasoby. Chiny są głównym krajem rolniczym, a wysokowydajne uprawy, takie jak pszenica, kukurydza i ryż, zapewniają co roku ogromne ilości zasobów słomy z biomasy. W 2020 roku krajowa produkcja słomy pożniwnej wyniosła 792 mln ton, z czego 667 mln ton można było zebrać jako surowiec. Słoma, jako odpad rolniczy, od dawna wykorzystywana jest głównie do celów grzewczych, pasz dla zwierząt gospodarskich i nawozów organicznych. Wśród nich wykorzystanie nawozów stanowiło w 2020 roku 51,2%.