CN112236226A - 碳块体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳块体及其制备方法，所述制备方法包括步骤：(i)将碳质前体材料与碱盐混合形成第一混合物；(ii)将步骤(i)中制备的所述第一混合物挤出成块体的形状；以及(iii)将步骤(ii)中制备的所述块体进行碳化。

Description

碳块体及其制备方法
技术领域
本发明一般涉及碳块体，尤其涉及具有内部通道的碳块体，如碳蜂窝状块体，由相对较高水分和氧含量的碳质材料(如低阶煤)形成。还公开了一种制备碳块体的方法。
背景技术
碳块体是由碳形成的单一结构或具有包括碳的表面。这种块体可以具有活性炭表面，并且可以是固体结构，也可以具有一个或多个高表面积的内部通道。
蜂窝状块体是具有由薄壁分隔的长平行通道的块体材料。蜂窝状块体因其与蜂巢的结构相似而得名，不过通道的截面可以是任意实用形状，最常见的是圆形或方形。蜂窝状块体最通常是通过挤出柔韧团块(pliable dough)，其经加工形成机械坚固产品而形成。
已发现蜂窝状块体作为吸附剂和催化剂载体的特别应用。与粉状或粒状的吸附剂和催化剂相比，蜂窝状块体具有优势，因为蜂窝状块体内固有的高空隙率(high voidfraction)减少了当高流速施加在块体上时的压降。在净化和分离应用中，蜂窝状块体的结构还可相比于填料介质簇促进更高的接触效率。蜂窝状块体通常用于各种环境应用，如汽车尾气处理、飞机的臭氧消减、天然气发动机、小型发动机中的CO和碳氢化合物氧化以及NOx的选择性还原和来自化工厂和家庭的挥发性有机化合物(VOC)的销毁。
本技术领域已知的蜂窝状块体主要有两种类型：涂覆式块体和整体式块体。涂覆式块体通常由提供机械强度的基体材料制成，该基体材料上涂覆有功能层。基体材料通常由挤出的陶瓷团块形成，最典型的是堇青石，混合其他加工添加剂，然后进行干燥和煅烧。然后，基体材料可进行一系列的清洗涂层，以改善低表面积，通常为2-4m2/L，并提供功能性表面，例如吸附剂或催化剂表面。
由于涂覆式块体仅仅是为了机械强度而需要基体材料，因此基体材料所占的体积对于块体的功能性目的是没有用的。通过整体式块体可以解决这一难题，整体式块体由单一配方制备，既能提供机械强度，又能提供功能表面。然而，能够形成既具有合适的机械强度又具有功能表面的块体的材料很少。
碳是可用作整体式块体的材料的示例。活性炭蜂窝状块体在气相和液相吸附以及催化剂应用和作为电极材料方面具有广泛的用途。与粉状或粒状活性炭相比，活性炭块体(Activated carbon monoliths)除了具有压降特性外，还具有许多优点。在气相吸附应用中，活性炭块体可用于电摇摆吸附(electrical swing adsorption，ESA)方法中，块体可通过电流的简单应用快速再生。对于液相应用，活性蜂窝块体可在流通结构中提供高效吸附。
整体碳蜂窝块体可由昂贵的树脂前体形成的团块制备，通常添加粘合剂以用于团块。然后，该团块可被挤出成蜂窝状，进行碳化和活化。整体碳块体也可以由活性碳粉与粘合剂混合的团块形成，然而这种方法通常需要大量的粘合剂来形成具有足够机械强度的块体。
因此，需要提供一种具有内部通道的整体碳块体，该整体碳块体可以由相对廉价的前体材料形成，并且具有良好的机械性能以及良好的表面特性。还需要制备这样一种蜂窝状的碳块体，该块体还可以表现出良好的导电性。
人们惊奇地发现，水分和氧含量较高的碳质材料，如褐煤和泥炭，可与碱盐形成团块，并加工成具有良好机械性能和表面性能以及良好导电性能的蜂窝状块体。
本说明书中对任何先前出版物(或由其衍生的信息)或对任何已知事项的提及，并不是也不应被视为承认，或认可，或以任何形式暗示先前出版物(或由其衍生的信息)或已知事项构成本说明书所涉及的技术领域的公知常识的一部分。
发明内容
本发明旨在提供一种具有改进的特征和性能的发明。
根据第一方面，本发明提供了一种制备碳块体(carbon monolith)的方法，包括步骤：(i)将碳质前体材料与碱盐混合以形成第一混合物；(ii)将步骤(i)中制备的所述第一混合物挤出成块体的形状；(iii)将步骤(ii)中制备的所述块体进行碳化。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳块体适配有一个或多个内部通道。
根据又一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳块体是蜂窝状块体。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳质前体材料具有至少10wt％的氧含量和至少20wt％的水分含量。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳质前体材料选自褐炭(brown coal)、褐煤(lignite)、泥炭或生物质。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳质前体材料是维多利亚褐炭(Victorian Brown Coal)。
根据又一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳化步骤包括以每分钟约0.5℃至约15℃的加热速率加热所述块体。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳化步骤包括将所述块体加热至约700℃至约1200℃之间的温度。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碳化步骤(iii)在惰性气氛中进行。
根据另一方面，本发明提供了根据上述方面的方法，其中，所述碳化步骤(iii)在大体上包含氮气的气氛中进行。
根据另一方面，本发明提供了第一方面的方法，包括对步骤(iii)中产生的所述碳化块体进行物理活化的进一步步骤。
根据另一方面，本发明提供了第一方面的方法，其中，对所述碳化块体进行物理活化的所述进一步步骤包括将所述碳化块体加热至约800℃至约1200℃之间的温度。
根据另一方面，本发明提供了根据上述方面的方法，其中，所述活化步骤包括将所述碳化块体与大体上包含CO2和/或蒸汽的气氛接触。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述第一混合物还包括促进挤出的辅助添加剂。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述辅助添加剂选自甘油、石蜡油、甲基纤维素粉末和/或甲基纤维素TM(MethocelTM)。
根据另一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述第一混合物还包括附加添加剂，以定制随后形成的碳块体的性能。
根据另一方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述附加添加剂选自铁II和III化合物和包括尿素和/或三聚氰胺的含氮化合物。
根据另一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，包括在所述碳化步骤(iii)之前对步骤(ii)中制备的所述挤出团块进行调节的进一步步骤。
根据另一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，包括在所述碳化步骤(iii)之前或之后对所述块体进行预氧化的进一步步骤。
根据又一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，包括在所述碳化步骤(iii)之后对所述块体进行酸洗的进一步步骤。
根据另一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碱盐选自碱金属或碱土金属的任何合适的盐，或其组合。
根据另一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碱盐选自碱金属或碱土金属的盐酸盐、碳酸盐或碳酸氢盐，或其组合。
根据另一个方面，本发明提供了根据第一方面的方法，其中，所述碱盐选自LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2或Ca(OH)2或其组合。
根据另一个方面，本发明提供了一种碳块体，所述碳块体由上述任何一个方面的方法形成。
根据第二方面，本发明提供了一种碳块体，所述碳块体由碱盐和碳质前体材料的挤出混合物形成，所述碳质前体材料的水分含量至少为20wt％，氧含量至少为10wt％。
根据另一个方面，本发明提供了根据第二方面的方法，其中，所述挤出混合物被碳化和活化。
根据另一个方面，本发明提供了根据第二方面的方法，其中，在挤出之前，所述碳质前体材料和所述碱盐被揉合在一起，从而促进所述碳质前体材料和所述碱盐之间的离子交换。
根据另一个方面，本发明提供了根据第二方面的方法，其中，所述碳质前体材料是维多利亚褐炭。
附图说明
从结合附图进行描述的至少一个优选的但非限制性实施例的以下描述中(该描述仅以示例的方式给出)，示例性实施例将变得明显。
图1示出了在碳化之前和之后的本发明的碳块体；
图2示出了根据本发明的碳块体的视图；
图3示出了根据本发明的碳块体样品的拉曼光谱；
图4示出了根据本发明的碳块体样品的水银孔隙度分析结果；
图5示出了根据本发明的碳块体样品的透射电子显微镜(TEM)图；以及
图6示出了根据本发明的碳块体的XPS分析。
具体实施方式
为了更精确地理解一个或多个优选实施例的主题，对仅以示例的方式给出的模式进行描述。
本文描述的是一种由碳质前体材料和碱盐的挤出混合物形成的具有一个或多个内部通道的碳块体，例如碳蜂窝状块体。本文还描述了一种由碳质前体材料和碱盐的挤出混合物制备具有一个或多个内部通道的碳质块体(如碳质蜂窝块体)的方法。
通过自定义，块体指的是单一结构，蜂窝状块体指的是内部由薄壁隔开的多个通道贯穿的单一结构。
蜂窝状块体可以由含氧量和水分含量相对较高的碳质前体材料制备。蜂窝状块体可以由具有分别选自至少约20wt％和10wt％的氧含量和水分含量的碳质前体材料制备。具有必要的水分含量和氧含量的材料的示例可以是褐(低阶)炭、褐煤、泥炭和某些形式的生物质。维多利亚褐炭(VBC)是广泛沉积在澳大利亚维多利亚州的低阶炭，并且通常具有约50-67wt％的高水分含量和约25-30wt％的高氧含量的干燥无灰基(daf，dry ash free)。
在特定的非限制性实施例中，本文描述了一种由维多利亚州褐炭(VBC)形成的活性炭蜂窝状块体(activated carbon honeycomb monolith)，以及制备该块体的方法。可以理解的是，其他形状和由其他碳质前体材料形成的块体属于本公开的范围。
蜂窝状块体可以通过首先将碳质前体材料与碱盐混合以形成称为团块的第一混合物来形成。在广义方面，团块可随后被挤出成蜂窝状块体的一般形状，然后进行干燥/调节和碳化以生成碳蜂窝状块体。由于块体中水分和挥发物的损失，在被挤出和被碳化之间块体的尺寸可能会减小。然而，整体形状和几何形状可以保持基本相似和完整。在本文所述的实施例中，碳块体可以这样配置：由于碱盐的存在而在碳化步骤中形成活化的碳。可以在碳块体被碳化后执行进一步的物理活化步骤，以进一步活化碳。
碱盐可以是碱金属或碱土金属(即周期表第1组和第2组金属)的任何合适的盐，常见的例子是LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2和Ca(OH)2。碱金属和碱土金属的碳酸盐和碳酸氢盐也是适合的。涉及铵阳离子的盐类在某些情况下可能是无效的，因为铵阳离子可能是热不稳定的。
褐炭和碱盐的混合可以通过将这些材料揉合在一起以形成均匀的柔韧团块来进行。揉合过程可以涉及剪切过程，该剪切过程可以破坏褐炭的残留胞状结构。这种胞状结构的破坏可能会导致团块的温度在其被揉合过程中增加。碱盐与酸性褐炭之间的反应可能是放热的，因此在揉合团块时进一步提高团块的温度。
团块必须具有必要的柔软度和弹性，以便被挤出为保持其整体形状和几何形状并具有足够的完整性的块体的形状，以在随后的步骤中抵抗不希望的变形或开裂。在一些实施例中，团块被制备成具有类似于塑像用粘土(plasticine)的柔韧性。太软的团块可能无法大体上保持它们被挤出成的块体形状。类似地，太硬的团块可能太难挤出，或者由于团块和挤出模之间的摩擦，挤出的表面可能受到影响。具有这样的表面的块体在随后的步骤中可能是不利的，并且可能容易开裂。特别地，随着在调节和碳化过程中块体尺寸的变化，分隔块体内部通道的薄壁可能容易开裂。
可以通过向团块添加辅助添加剂来调整团块的特性。这些辅助添加剂可被配置为根据需要调整团块的流变性、柔软度和弹性，从而使团块可被挤出成具有足够完整性的块体形状，以在干燥和碳化过程中保持整体形状和几何形状。辅助添加剂可以包括甘油、石蜡油、纤维素粉末如甲基纤维素TM(甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素聚合物的专有混合物)以及挤出技术领域已知的其它添加剂中的一种或多种。在一些实施例中，添加剂可在褐炭和碱盐揉合并冷却后加入到团块中。
还可将附加添加剂加入到团块中，以定制或帮助随后形成的块体在各种应用(包括吸附、催化和导电性)中的性能。附加添加剂的示例可包括铁II和III化合物，以及含氮化合物，例如尿素和三聚氰胺。
褐煤和碱盐可以揉合在一起，直到团块的温度升高至约35℃以上，优选升高至约40℃至约50℃。这样的温度升高可以通过以约50至120rpm的速度将炭和碱盐揉合在一起约1至2.5h以形成团块来实现。在某些实施例中，团块可以在约30rpm和50rpm之间被挤出。在使用添加剂的情况下，可在团块冷却后加入添加剂，随后以约30至50rpm之间的速度进一步揉合约15至45min时间。
一旦团块形成，团块可进行挤出，将其通过模具挤出形成蜂窝状块体的形状。挤出的块体可称为“绿色”蜂窝状块体，以将其区别于后续加工步骤的最终产品的块体。虽然绿色蜂窝状块体大体上形成与本文所述的最终活性炭蜂窝状块体(activated carbonhoneycomb monolith)相同的形状和几何形状，但由于在干燥和碳化过程中水分和挥发物含量的减少，绿色蜂窝状块体可能具有更大的尺寸。
由于其形成时使用的褐炭的水分含量，绿色蜂窝块体可能具有高水分含量。由于在高温碳化步骤中块体的水分含量降低，块体的尺寸可能大幅减小。在某些情况下，这种尺寸的减小可能导致块体的表面开裂，甚至断裂。特别地，随着块体在加工过程中的收缩，分隔块体中内部通道的薄壁容易发生断裂。对于开裂的问题，绿色蜂窝状块体可以在碳化步骤之前进行调节步骤。调节步骤可以在碳化步骤之前降低绿色块体的水分含量，以限制后续加工过程中在块体中开裂形成。对调节步骤的要求可以取决于绿色块体形成开裂的可能性，这可能受到褐炭特性的影响。在一些实施例中，在大气条件下调节绿色块体一段时间以逐渐去除水分就足够了。在其它实施例中，对于容易开裂的绿色块体，可以在湿度逐渐降低的气候室中调节块体。在一些实施例中，将绿色块体放置在湿度从85％逐渐降低到50％的气候室中，以防止块体在干燥时开裂。在一些实施例中，绿色块体在调节过程中尺寸缩减可高达约50％。在团块中使用添加剂，如石蜡油、甘油和甲基纤维素TM，都可以减少开裂的可能性，因此可以减少对调节步骤的需要。
一旦团块被挤出形成绿色块体并可选地进行调节，可以通过在无氧的情况下加热块体到高温对块体进行碳化。在碳化过程中，绿色块体的相当一部分可能会挥发，导致块体尺寸缩小，同时大体上保持块体的形状和整体几何形状，包括内部通道。在一些实施例中，约30％至约50％的块体可在碳化期间挥发。
在某些实施例中，通过以约0.5℃/min的速度升高温度，直到达到约550℃的温度，然后以1℃/min的速度升高温度，直到达到850℃的温度，对绿色块体在烘箱中进行碳化。然后可以将块体在约850℃的温度下保持约1h，然后关闭烘箱，并使块体缓慢冷却。在其它实施例中，可以通过以约1℃/min的速度将温度提高到约850℃至约1100℃之间对块体碳化，然后将块体在最终温度下浸泡约1小时，再让块体冷却。在一些实施例中，在碳化块体经历活化步骤之前可以不需要冷却它们。
用于碳化块体的精确加热制度(exact heating regime)是几个因素的函数，包括褐炭前体的组成、块体的大小和形状，例如通道之间的壁厚、添加剂的存在和调节程度以及块体的开裂或破裂倾向。因此，比上面列出的更快的加热速率可能适用于碳化某些不变形或开裂的块体。在某些实施例中，加热速率可在约0.5℃至约15℃/min和/或高达约700℃至约1200℃的温度范围内。在某些实施例中，可以在碳化过程中提供惰性气氛，例如氮气环境。
绿色块体中碱盐的存在可使块体在碳化步骤过程中发生化学活化，从而提高块体的表面积。在块体被碳化之前，它的表面积大体上类似于用于形成其的褐炭前体。在碳化之后，表面积可以是660m2/g和450m2/g，这是由CO2和N2吸附决定的。碳化还可显著增加块体的电导率，使其适用于诸如电摆吸附的应用。
在一些实施例中，可能希望通过物理活化进一步增加块体的表面。物理活化可通过将碳化块体在高温下暴露于蒸汽或CO2中来进行，例如，在约850℃至约1000℃之间。碳化块体可在这些高温下保持约1h或直至块体变得足够活化。物理活化可在块体被碳化后立即进行，以保持碳化期间形成的高温。
在一些实施例中，可以在活化之前对块体进行预氧化以增加块体的氧含量，以改善块体的特性，例如表面积。预氧化可以在碳化之前和/或之后进行。在一些实施例中，碱成分和/或其它残余金属成分可以在块体活化之前或之后通过酸洗块体来去除。如果在碳化步骤过程中对块体进行化学活化之后进行块体的物理活化，则可以在物理活化之后进行酸洗。
在不希望受理论约束的情况下，虽然褐炭和碱盐之间的化学作用导致团块具有某些有利的特性。褐炭具有高氧含量，其中大部分氧以酸性和极性官能团的形式(如羧酸和酚)存在。在低pH值的环境中，例如小于pH4.5，在酸性和极性官能团之间形成分子内和分子间的氢键，将褐炭结构结合在一起，使其稳定。如果在褐煤中加入足够浓度的碱盐，并在潮湿的环境中，碱盐会与褐炭中的氢原子发生交换，这样在干燥时，极性官能团就会被碱阳离子桥接。这种离子交换现象导致分子间和分子内的静电相互作用网络更加强大。人们认为，这种静电结合网络的逐渐发展有助于保持块体在被挤出后干燥时的完整性。
实施例1：蜂窝状碳块体的制备
使用维多利亚褐炭(VBC)作为碳质前体材料制备团块。将生VBC与碱盐NaOH和KOH以及辅助添加剂石蜡油和甘油以如下表1所列的组合混合。配方A由1kg VBC和350g NaOH组成。配方B由1kg VBC、350g NaOH、70g甲基纤维素TM、70g石蜡油和100g甘油组成。配方C由1kgVBC和350g KOH组成。配方D由1kg VBC、350g KOH、70g甲基纤维素TM、70g石蜡油和100g甘油组成。
将混合物以50至120rpm的转速揉合，达到最高50℃的温度，形成团块。将该团块在
Figure BDA0002798070130000091
双螺杆挤出机实验室混合机20/40(lab-compounder20/40)中以40至50rpm的速度挤出成蜂窝状块体。一旦团块被挤出形成蜂窝状块体，然后通过每5小时将气候室的湿度降低5％达到50％的最终湿度，将挤出产品在25℃的气候室中进行调节。
在控制氮气流量的情况下，将调节的块体在850℃的烘箱中碳化1h。烘箱的温度以0.5℃/min的速度上升，直到达到550℃的温度，此时温度以1℃/min的速度上升，直到烘箱达到850℃的温度。在氮气流下保持850℃的温度1h使块体在烘箱中碳化，然后将气氛切换为CO2气体，使块体表面在850℃下活化1h。然后除去外部施加的热量，让块体冷却到室温。所得到的块体石具有良好的完整性，没有出现任何表面开裂。此外，碳化后，块体表现出良好的表面积和导电性能，在活化后该表面积进一步增大、导电性能进一步增强。
图1显示了根据实施例1的方法制备的三块活性炭蜂窝状块体。最左边的试样已经进行了碳化处理，直径约为1.2cm。最右边的两个试样经过调节，但没有进行碳化，其直径约为2.5cm。这些直径之间的差异是由于如前所述的碳化步骤过程中的收缩所致。图2示出了碳化块体的端视图。
另外，表1还显示了活性炭蜂窝状块体与某些由选择的聚合物前体制备的现有技术蜂窝块体的比较。
Figure BDA0002798070130000101
Figure BDA0002798070130000111
图3显示了本发明示例性实施例的活性炭块体(activated carbon monoliths)的拉曼光谱。结果显示了显著的石墨化水平。对于测试的活性炭块体样品，IG/ID比低于0.8。
图4示出了根据示例性实施例对各种碳块体样品进行水银孔隙度分析的结果。可以看出，碳块体的孔径分布可以通过处理条件进行调整。
图5描述了根据本发明的示例实施例的活性炭块体的透射电子显微镜(TEM)图。TEM图显示，活性炭块体具有一些石墨状域，其中在碳层之间有排列。
图6显示了本发明示例性实施例的活性炭块体的XPS分析。该图显示活性炭块体表面显示a)存在C原子和O原子，以及b)显示碳大体上是石墨，主峰在284.5eV，并有振起卫星峰(shake-up satellites)。
实施例2：从水中吸附苯酚
在本实施例中，首先通过特定的碳化条件(850℃下2小时，加热速率15℃)和活化条件(900℃下2小时)对碳块体的尺寸分布进行调整，以提高其中孔率(mesoporosity)。所制备的碳块体在pH值为3～8的范围内用于去除水溶液(40ml)中的苯酚。在pH值为6时，最大吸附能力为159mg/g。
实施例3:从水中吸附磷
在本实施例中，活性炭块体和铁结合的碳块体用于在pH值为3-7的范围内去除水溶液(20ml)中的磷(Na3PO4)。在最初的实验中，当没有应用添加剂时，碳块体在pH值为4时显示出最大3.5mg/g的吸附。本领域技术人员将理解，该吸附水平在所报道的无添加剂的活性炭对磷的吸附能力范围内，并且可以通过增加加入到块体中的活性金属如铁、镧和镁的量来提高。
实施例4:从水中吸附亚甲基蓝染料
在本实施例中，采用活性炭块体从水溶液(20ml)中去除亚甲基蓝染料。通过表面积为1120m2/g的活性炭块体，达到最大吸附能力为54mg/g。
尽管前述描述的大部分集中于由维多利亚褐炭形成的活性炭块体的具体实施例，但应当理解的是，本文所公开的主题包含许多其他实施例，例如没有形成内部通道的块体和由包括褐炭、褐煤、泥炭和生物质在内的其他碳质前体形成的块体。
本发明的碳块体可能是有利的，因为它们不需要添加较高阶的煤或煤衍生物如煤焦油或沥青。
在不脱离本发明的范围的情况下，许多修改对于本领域的技术人员来说将是明显的。

Claims (31)

1.一种制备碳块体的方法，包括步骤：
(i)将碳质前体材料与碱盐混合以形成第一混合物；
(ii)将步骤(i)中制备的所述第一混合物挤出成块体的形状；
(iii)将步骤(ii)中制备的所述块体进行碳化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳块体适配有一个或多个内部通道。
3.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳块体是蜂窝状块体。
4.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳质前体材料具有至少10wt％的氧含量和至少20wt％的水分含量。
5.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳质前体材料选自褐炭、褐煤、泥炭或生物质。
6.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳质前体材料是维多利亚褐炭。
7.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳化步骤包括以每分钟约0.5℃至约15℃的加热速率加热所述块体。
8.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳化步骤包括将所述块体加热至约700℃至约1200℃之间的温度。
9.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳化步骤(iii)在惰性气氛中进行。
10.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碳化步骤(iii)在大体上包含氮气的气氛中进行。
11.根据上述权利要求的任一项所述的方法，包括对步骤(iii)中制备的所述碳化块体进行物理活化的进一步步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，对所述碳化块体进行物理活化的所述进一步步骤包括将所述碳化块体加热至约800℃至约1200℃之间的温度。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述活化步骤包括将所述碳化块体与大体上包含CO2和/或蒸汽的气氛接触。
14.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述第一混合物还包括促进挤出的辅助添加剂。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述辅助添加剂选自甘油、石蜡油、甲基纤维素粉末和/或甲基纤维素TM。
16.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述第一混合物还包括附加添加剂，以定制随后形成的碳块体的性能。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述附加添加剂选自铁II和III化合物和包括尿素和/或三聚氰胺的含氮化合物。
18.根据上述权利要求的任一项所述的方法，包括在所述碳化步骤(iii)之前对步骤(ii)中制备的所述挤出团块进行调节的进一步步骤。
19.根据上述权利要求的任一项所述的方法，包括在所述碳化步骤(iii)之前或之后对所述块体进行预氧化的进一步步骤。
20.根据上述权利要求的任一项所述的方法，包括在所述碳化步骤(iii)之后对所述块体进行酸洗的进一步步骤。
21.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述碱盐选自碱金属或碱土金属的任何合适的盐，或其组合。
22.根据权利要求1-20的任一项所述的方法，其中，所述碱盐选自碱金属或碱土金属的盐酸盐、碳酸盐或碳酸氢盐，或其组合。
23.根据权利要求1-20的任一项所述的方法，其中，所述碱盐选自LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2或Ca(OH)2或其组合。
24.一种碳块体，所述碳块体由上述权利要求的任一项所述的方法形成。
25.一种碳块体，所述碳块体由碱盐和碳质前体材料的挤出混合物形成，所述碳质前体材料的水分含量至少为20wt％，氧含量至少为10wt％。
26.根据权利要求25所述的碳块体，其中，所述挤出混合物被碳化或活化。
27.根据权利要求25或26所述的碳块体，其中，在挤出之前，所述碳质前体材料和所述碱盐被揉合在一起，从而促进所述碳质前体材料和所述碱盐之间的离子交换。
28.根据权利要求25-27的任一项所述的碳块体，其中，所述碳质前体材料是维多利亚褐炭。
29.根据权利要求25-28的任一项所述的碳块体，其中，所述碱盐选自碱金属或碱土金属的任何合适的盐，或其组合。
30.根据权利要求25-28的任一项所述的碳块体，其中，所述碱盐选自碱金属或碱土金属的盐酸盐、碳酸盐或碳酸氢盐，或其组合。
31.根据权利要求25-28的任一项所述的碳块体，其中，所述碱盐选自LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2或Ca(OH)2或其组合。
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