CN115494011A - 硬炭材料的吸附性能测定方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了硬炭材料的吸附性能测定方法及其应用。吸附性能测定方法主要包括三个步骤：(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度；(2)测吸光度确定亚甲基蓝水溶液的用量；(3)线性拟合得吸附值。测定方法中先定义3个亚甲基蓝水溶液浓度范围，通过先采用中间浓度范围的亚甲基蓝水溶液进行试验，借以亚甲基蓝水溶液颜色变化从而快速筛选出硬碳材料所需的亚甲基蓝水溶液目标浓度。再参照国标活性炭测定方法中设定的标准溶液的吸光度Y0进行吸光度对比，从而进一步确定亚甲基蓝水溶液目标浓度下的所需用量。最后根据吸光度与亚甲基蓝水溶液用量的关系，创新式的采用曲线拟合方式确定测试结果。此测试方法简单快捷，准确有效，可用于评价硬碳材料的孔结构性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及硬炭材料的性能测试，更加涉及硬炭材料的吸附性能测定方法及其应用。
背景技术
二次电池(如钠离子电池和锂离子电池)被认为是较有前途的大规模储能技术之一。而钠离子电池因丰富的钠资源及低成本而备受大众关注。钠离子电池的负极材料通常为含碳材料(如硬碳、炭黑、碳纤维、石墨烯)、氧化物、磷酸盐、钠嵌入材料、钠合金、复合物等。于众多负极材料中，由大量石墨微晶、缺陷和孔结构组成的硬炭负极在实际应用中备受关注。
由于材料的孔结构性能和吸附性能密切相关，业者对于材料的孔隙表征，常采用BET气相吸附脱附方法，但该方法设备昂贵，测试时间长，对于孔隙发达的硬炭材料，测试时间更是难以预计，因此表征硬炭材料的孔隙分布尚没有一种简单快捷有效的方法。
活性炭检测中常用亚甲基蓝的脱色能力来表征其孔的孔径分布情况及液相吸附能力，亚甲基蓝的分子尺寸通常为1.44nm×0.60nm×0.18nm。有文献(朱兴慧.不同原料生物质炭的制备及其吸附亚甲基蓝性能的研究[D].大连交通大学.2020)公开使用50mg/L的亚甲基蓝溶液50mL与一定量试样混合吸附，离心后测试上清液吸光度，由亚甲基蓝浓度-吸光度标准曲线得到上清液的亚甲基蓝浓度，根据吸附前后浓度差计算吸附量。该种方法对吸附值较小或较大的材料均不适用，因为吸附值大的材料会因添加的亚甲基蓝不够导致吸附后溶液吸光度几乎为零，测不出材料的实际吸附能力，而吸附值较小的材料会因吸附后的溶液吸光度太高，过度偏离标准曲线。
国标《GB/T 12496.10-1999木质活性炭试验方法亚甲基蓝吸附值的测定》和《GB/T7702.6-2008煤质颗粒活性炭试验方法亚甲蓝吸附值的测定》中规定了使用浓度为1.5g/L的亚甲基蓝溶液与定量的活性炭试样充分混合吸附，然后测试滤液吸光度，滤液吸光度与标准溶液(质量分数为0.4％的五水硫酸铜溶液)吸光度差值在0.02时所添加的亚甲基蓝毫克数为活性炭的亚甲基蓝吸附值。
虽然木质活性炭和煤质颗粒活性炭，同硬碳材料一样皆为多孔类材料，但是受制备原料、合成工艺等影响，在孔结构性能上存在较大的差异。前述适合木质活性炭和煤质颗粒活性炭的国标测试方法在测试硬碳材料中存在下述两个明显的难点：
一、由于不同的硬炭材料孔隙差异较大，相应的亚甲基蓝吸附值也差异很大，使用1.5g/L的亚甲基蓝溶液难以对吸附值小于150mg/g的硬炭材料进行检测；
二、分光光度计吸光度对溶液浓度或颜色很敏感，往往需要很多次的试验才能使得滤液吸光度与标准溶液吸光度差值控制在0.02，需要耗费大量的试剂成本和检测人员工时，劳动效率低，盲目性很大。
因此，开发一种经济可行、且能快速准确地表征硬炭材料的吸附性能的测试方法对于硬炭材料的研发具有十分重要的意义。
发明内容
本发明公开了一种硬炭材料的吸附性能测定方法，此测试方法简单快捷，准确有效，可用于评价硬碳材料的孔结构性能，以解决前述相关领域中的至少一个技术问题。
在一个实施例中，本发明公开了一种硬炭材料的吸附性能测定方法，包括步骤：
(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度
①定义3个亚甲基蓝水溶液浓度范围分别为C1～C2、C3～C4和C5～C6，且C1、C2、C3、C4、C5和C6依次递增，
②取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加一定体积且浓度为C3～C4范围内的亚甲基蓝水溶液，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，并通过透明瓶中溶液蓝色的变化而进一步采用C1～C2或C5～C6范围内的亚甲基蓝水溶液进行再次试验从而筛选出适合硬碳材料的亚甲基蓝水溶液目标浓度C0，亚甲基蓝水溶液目标浓度C0为小于C1、C1～C2、C3～C4和C5～C6四个范围内的一个浓度。
(2)测吸光度
①取定量的硬碳材料于透明瓶中，并逐渐加入体积为V1、浓度为C0的亚甲基蓝水溶液直至出现蓝色或浅蓝色，
②再取至少一个透明瓶并于其中加入定量的硬碳材料，并逐渐加入体积为V2、浓度为C0的亚甲基蓝水溶液，V2和V1的变化率小于20％，
③将透明瓶振荡后各取上层清液并采用分光光度计测于波长665nm处的吸光度，直至至少有2个吸光度低于2Y0且大于0.01，以得到多组亚甲基蓝水溶液目标体积V及对应的目标吸光度Y。
(3)线性拟合得吸附值
按照线性拟合方程Y＝KX+B，得到拟合系数K和B，再计算Y为Y0时的X0，并利用计算公式Q＝X0×C0得出吸附值Q，
其中，X为硬碳材料重量为0.1g时对应的亚甲基蓝水溶液体积，Q的单位为mg/g，X0的单位为mL/0.1g，C0的单位为g/L，Y0为质量分数为0.4％的五水硫酸铜标准溶液的吸光度。
在另一个实施例中，步骤(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度包括：
A.取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加一定体积且为第一浓度的亚甲基蓝水溶液，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，第一浓度为50mg/L至150mg/L范围内的一浓度。
B.若步骤A中透明瓶中溶液无蓝色，则另取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加等体积且为第二浓度的亚甲基蓝水溶液，第二浓度为600mg/L至1500mg/L范围内的一浓度，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，若透明瓶中溶液仍为蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第一浓度，若透明瓶中溶液无蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第二浓度。
C.若步骤A中透明瓶中溶液仍为蓝色，则另取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加等体积且为第三浓度的亚甲基蓝水溶液，第三浓度为5mg/L至20mg/L范围内的一浓度，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，若透明瓶中溶液仍为蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为小于5mg/L范围内的一浓度，若透明瓶中溶液无蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第三浓度。
在另一个实施例中，步骤(1)和步骤(2)中硬碳材料的重量各自独立为0.1g至0.5g，且各重量之间的变化率小于10％。
在另一个实施例中，透明瓶为带盖透明塑料瓶或带塞透明锥形瓶，且容积为50mL至250mL。
在另一个实施例中，步骤(1)中亚甲基蓝水溶液的体积为5mL至15mL。
在另一个实施例中，步骤(1)中亚甲基蓝水溶液的体积为10mL。
在另一个实施例中，振荡的频率为150次/min至350次/min，时间为5min至150min。
在另一个实施例中，振荡的频率为250次/min至300次/min，时间为25min至50min。
在另一个实施例中，步骤(1)之前先将硬碳材料进行前处理，前处理包括将硬碳材料粉碎后进行干燥处理。
在另一个实施例中，干燥的温度为80℃至300℃，时间为0.5h至6h。
在另一个实施例中，干燥的温度为150℃至200℃，时间为2h。
在另一个实施例中，利用硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值以评价硬碳材料孔结构性能：
(1)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值小于1mg/g，则硬碳材料的孔结构很少，吸附性能不佳；
(2)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值为1mg/g至10mg/g，则硬碳材料的孔结构较少，吸附性能一般；
(3)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值为10mg/g至80mg/g，则硬碳材料的孔结构较多，吸附性能较好；
(4)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值超过80mg/g，则硬碳材料的孔结构很发达，吸附性能很好。
与现有技术相比，本发明的硬炭材料的吸附性能测定方法中，先定义3个亚甲基蓝水溶液浓度范围，通过先采用中间浓度范围的亚甲基蓝水溶液进行试验，借以亚甲基蓝水溶液颜色变化从而快速筛选出硬碳材料所需的亚甲基蓝水溶液目标浓度，可克服测试过程的盲目性。再参照国标活性炭测定方法中设定的标准溶液的吸光度Y0进行吸光度对比，从而进一步确定亚甲基蓝水溶液目标浓度下的所需用量，其摒弃常规的无限接近标准溶液吸光度的终点判定方法，在满足达到吸附饱和的情况下突破性的采用在一较宽泛的吸光度范围进行参照。最后根据吸光度与亚甲基蓝水溶液用量的关系，创新式的采用曲线拟合方式确定测试结果。本发明的测定方法可用于不同孔隙，吸附性能相差较大的硬炭材料，其普适性强，且其通过先确定亚甲基蓝水溶液目标浓度，再确定亚甲基蓝水溶液目标浓度的用量，可快速准确的确定结果，以避免国标等测定方法多次尝试性测试，因而可有效提升测试效率和准确度。
附图说明
图1为实施例1的线性拟合方程的线性拟合图。
图2为实施例2的线性拟合方程的线性拟合图。
具体实施方式
本发明的吸附性能测定方法于国标活性炭测定方法基础上进行改进，可适用于孔隙差异较大的多种硬碳材料吸附性能的测定，并借以测得的吸附值可评价硬碳材料的孔性能，如下：
(1)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值小于1mg/g，则硬碳材料的孔结构很少，吸附性能不佳；
(2)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值为1mg/g至10mg/g，则硬碳材料的孔结构较少，吸附性能一般；
(3)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值为10mg/g至80mg/g，则硬碳材料的孔结构较多，吸附性能较好；
(4)若硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值超过80mg/g，则硬碳材料的孔结构很发达，吸附性能很好。
本发明的吸附性能测定方法主要包括三个步骤：(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度；(2)测吸光度，进一步确定亚甲基蓝水溶液目标浓度下的所需用量；(3)线性拟合得吸附值。
其中，步骤(1)中，可包括：
①定义3个亚甲基蓝水溶液浓度范围分别为C1～C2、C3～C4和C5～C6，且C1、C2、C3、C4、C5和C6依次递增，
②取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加一定体积且浓度为C3～C4范围内的亚甲基蓝水溶液，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，并通过透明瓶中溶液蓝色的变化而进一步采用C1～C2或C5～C6范围内的亚甲基蓝水溶液进行再次试验从而筛选出适合硬碳材料的亚甲基蓝水溶液目标浓度C0，亚甲基蓝水溶液目标浓度C0为小于C1、C1～C2、C3～C4和C5～C6四个范围内的一个浓度。
经本发明的发明人发现，将亚甲基蓝水溶液浓度范围C1～C2、C3～C4和C5～C6分别设为5mg/L至20mg/L、50mg/L至150mg/L、600mg/L至1500mg/L，可满足市面上的硬碳材料进行吸附性能测定时亚甲基蓝水溶液浓度的需求。其既能保证吸附值较小(1-10mg/g)的硬碳材料进行测试，又能保证超过80mg/g的孔隙发达的硬碳材料进行测定。
将亚甲基蓝水溶液浓度范围C1～C2、C3～C4和C5～C6分别设为5mg/L至20mg/L、50mg/L至150mg/L、600mg/L至1500mg/L时，步骤(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度可包括：
A.取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加一定体积且为第一浓度的亚甲基蓝水溶液，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，第一浓度为50mg/L至150mg/L范围内的一浓度。
B.若步骤A中透明瓶中溶液无蓝色，则另取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加等体积且为第二浓度的亚甲基蓝水溶液，第二浓度为600mg/L至1500mg/L范围内的一浓度，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，若透明瓶中溶液仍为蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第一浓度，若透明瓶中溶液无蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第二浓度。
C.若步骤A中透明瓶中溶液仍为蓝色，则另取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加等体积且为第三浓度的亚甲基蓝水溶液，第三浓度为5mg/L至20mg/L范围内的一浓度，振荡后观察透明瓶中溶液的颜色变化，若透明瓶中溶液仍为蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为小于5mg/L范围内的一浓度，若透明瓶中溶液无蓝色，则硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第三浓度。
在步骤(1)中，各试验中硬碳材料的重量各自独立为0.1g至0.5g，即各试验中硬碳材料的重量可相同或不同，且重量具体但不限于为0.1g、0.101、0.102、0.103、0.104、0.105、0.106、0.107、0.108、0.109、0.11、0.12、0.13、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g，各试验中硬碳材料的重量之间的变化率小于10％，并非控制为恒重可使实验简化。作为示例，各试验中硬碳材料的重量为0.101、0.102、0.103、0.104、0.105、0.106、0.107、0.108、0.109。
在步骤(1)中，透明瓶为带盖透明塑料瓶或带塞透明锥形瓶，且容积为50mL至250mL，便于试验最好采用同一规格的透明瓶。
在步骤(1)中，亚甲基蓝水溶液的体积为5mL至15mL，具体可但不限于为5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、11mL、12mL、13mL、14mL、15mL，作为示例，亚甲基蓝水溶液的体积为10mL，此体积为可使溶液进行吸光度测试的适宜的体积量。
在步骤(1)中，振荡的频率为150次/min至350次/min，进一步可为250次/min至300次/min，具体可但不限于为150次/min、180次/min、200次/min、220次/min、250次/min、280次/min、300次/min、320次/min、340次/min、350次/min。时间为5min至150min，进一步可为25min至50min，具体可但不限于为5min、10min、15min、25min、35min、45min、50min、55min、65min、75min、85min、95min、105min、110min、120min、130min、140min、150min。
在步骤(1)之前硬碳材料可先进行前处理，前处理包括将硬碳材料粉碎后进行干燥处理。此操作可于温箱中进行，且干燥的温度为80℃至300℃，进一步可为150℃至200℃，干燥的温度具体可但不限于为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃、260℃、280℃、300℃。干燥时间为0.5h至6h，具体可但不限于为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h。
步骤(2)中，测吸光度包括：
①取定量的硬碳材料于透明瓶中，并逐渐加入体积为V1、浓度为C0的亚甲基蓝水溶液直至出现蓝色或浅蓝色，
②再取至少一个透明瓶并于其中加入定量的硬碳材料，并逐渐加入体积为V2、浓度为C0的亚甲基蓝水溶液，V2和V1的变化率小于20％，
③将透明瓶振荡后各取上层清液并采用分光光度计测于波长665nm处的吸光度，直至至少有2个吸光度低于2Y0且大于0.01，以得到多组亚甲基蓝水溶液目标体积V及对应的目标吸光度Y。
步骤②中，V2和V1的变化率小于20％，以保证吸光度和用量体积在合理的线性关系范围内。步骤③中，以至少有2个吸光度低于2Y0且大于0.01作为参照标准，以得到对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度C、多组亚甲基蓝水溶液目标体积V及对应的目标吸光度Y。由于低浓度下亚甲基蓝水溶液的吸光度与浓度存在线性关系，吸光度过高会偏离线性关系区域，降低测试的准确性，而2Y0(2倍标准溶液吸光度)为既容易达到，又能满足线性关系保证测试准确性的经验值。吸光度下限0.01为可保证硬碳材料能达到吸附饱和的最小吸光度的经验值，吸光度小于0.01，可能会因添加亚甲基蓝过少而致硬碳材料尚未达到吸附饱和。
在步骤(2)中，各试验中硬碳材料的重量各自独立为0.1g至0.5g，即各试验中硬碳材料的重量可相同或不同，且重量具体但不限于为0.1g、0.101、0.102、0.103、0.104、0.105、0.106、0.107、0.108、0.109、0.11、0.12、0.13、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g，各试验中硬碳材料的重量之间的变化率小于10％。作为示例，各试验中硬碳材料的重量为0.101、0.102、0.103、0.104、0.105、0.106、0.107、0.108、0.109。
在步骤(2)中，透明瓶为带盖透明塑料瓶或带塞透明锥形瓶，因而可防止振荡时溶液溅出，且容积为50mL至250mL，便于试验最好采用同一规格的透明瓶。
在步骤(2)中，亚甲基蓝水溶液的体积为5mL至15mL，具体可但不限于为5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、11mL、12mL、13mL、14mL、15mL，作为示例，亚甲基蓝水溶液的体积为10mL，此体积为可使溶液进行吸光度测试的适宜的体积量。
在步骤(2)中，振荡的频率为150次/min至350次/min，进一步可为250次/min至300次/min，具体可但不限于为150次/min、180次/min、200次/min、220次/min、250次/min、280次/min、300次/min、320次/min、340次/min、350次/min。时间为5min至150min，进一步可为25min至50min，具体可但不限于为5min、10min、15min、25min、35min、45min、50min、55min、65min、75min、85min、95min、105min、110min、120min、130min、140min、150min。
步骤(3)中，按照线性拟合方程Y＝KX+B，得到拟合系数K和B，再计算Y为Y0时的X0，并利用计算公式Q＝X0×C0得出吸附值Q，其中，X为硬碳材料重量为0.1g时对应的亚甲基蓝水溶液体积，Q的单位为mg/g，X0的单位为mL/0.1g，C0的单位为g/L，Y0为质量分数为0.4％的五水硫酸铜标准溶液的吸光度。
根据朗伯比尔定律可知吸光度与亚甲基蓝吸附浓度成线性关系，通过步骤(2)所得的多组亚甲基蓝水溶液目标体积V及对应的目标吸光度Y，可拟合出系数K和B，此方式不仅可以减少试验次数，节省人力物力，还可以精准的确定硬碳材料的吸附值，大幅提升测试精度。
为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。
实施例1
对硬碳材料A采用亚甲基蓝水溶液进行吸附性能测定，包括步骤：
(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度
取0.105g硬碳材料A(于100℃恒温箱中干燥处理2h)于1号透明瓶(容积为100mL的带盖透明塑料瓶)中，并添加10mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝水溶液，以150次/min的频率振荡20min后观察1号透明瓶中溶液的颜色变化。1号透明瓶中溶液无蓝色，另取0.103g硬碳材料A于同型号的2号透明瓶中，并添加10mL浓度为1000mg/L的亚甲基蓝水溶液，以150次/min的频率振荡20min后观察2号透明瓶中溶液为蓝色，则硬碳材料A对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为100mg/L。
(2)测吸光度
①取0.109g硬碳材料A于同型号的3号透明瓶中，并逐渐加入15mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝水溶液直至出现蓝色。再取0.102g硬碳材料A于同型号的4号透明瓶中，并逐渐加入13mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝水溶液，取0.102g硬碳材料A于同型号的5号透明瓶中，并逐渐加入14mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝水溶液。并采用分光光度计测试3号、4号和5号透明瓶的瓶壁上溶液于波长665nm处的吸光度，其结果见表1所示。
表1硬碳材料A吸附性能测试结果及测试参数
由表1的结果可知，3号、4号和5号透明瓶中溶液所测吸光度皆低于2Y0(0.15)且大于0.01，说明硬碳材料A吸附状态饱和且又能保证吸光度和亚甲基蓝水溶液添加量的线性关系。
(3)线性拟合得吸附值
按照线性拟合方程Y＝KX+B，得到拟合系数K和B，所得线性方程为Y＝0.0748X-0.9253，其线性拟合图如图1所示，且相关系数R2为0.9947，其大于0.99，说明线性关系较佳。再计算Y为Y0时的X0，Y0为0.075时，X0为13.37，并利用计算公式Q＝X0×C0得出吸附值Q为13.37mg/g，说明硬碳材料A的孔结构较多，吸附性能较好。
实施例2
对硬碳材料B采用亚甲基蓝水溶液进行吸附性能测定，包括步骤：
(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度
取0.101g硬碳材料B(于110℃恒温箱中干燥处理2.5h)于1号透明瓶(容积为100mL的带塞透明锥形瓶)中，并添加10mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝水溶液，以200次/min的频率振荡30min后观察1号透明瓶中溶液的颜色变化。1号透明瓶中溶液为蓝色，另取0.109g硬碳材料B于同型号的2号透明瓶中，并添加10mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液，以200次/min的频率振荡30min后观察2号透明瓶中溶液为无色，则硬碳材料B对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为10mg/L。
(2)测吸光度
①取0.101g硬碳材料B于同型号的3号透明瓶中，并逐渐加入27mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液直至出现蓝色。再取0.101g硬碳材料B于同型号的4号透明瓶中，并逐渐加入28mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液。并采用分光光度计测试3号和4号透明瓶的瓶壁上溶液于波长665nm处的吸光度，其结果见表2所示。
表2硬碳材料B吸附性能测试结果及测试参数
由表2的结果可知，3号和4号透明瓶中溶液所测吸光度皆低于2Y0(0.15)且大于0.01，说明硬碳材料B吸附状态饱和且又能保证吸光度和亚甲基蓝水溶液添加量的线性关系。
(3)线性拟合得吸附值
按照线性拟合方程Y＝KX+B，得到拟合系数K和B，所得线性方程为Y＝0.0707X-1.841，其线性拟合图如图2所示。再计算Y为Y0时的X0，Y0为0.075时，X0为27.1，并利用计算公式Q＝X0×C0得出吸附值Q为2.71mg/g，说明硬碳材料B的孔结构较少，吸附性能一般。
实施例1和实施例2的两种硬碳材料在进行吸附性能测定是，于50mg/L至150mg/L浓度范围内选择一浓度，通过两次的试验即可筛选出其硬碳材料所需的亚甲基蓝水溶液目标浓度，可克服测试过程的盲目性。再通过两至三次目标浓度下的吸光度测试，并参照国标活性炭测定方法中设定的标准溶液的吸光度Y0进行吸光度对比，从而进一步确定亚甲基蓝水溶液目标浓度下所需的用量，其摒弃常规的无限接近标准溶液吸光度的终点判定方法，在满足达到吸附饱和的情况下突破性的采用在一较宽泛的吸光度范围进行参照可使测定方式简单。最后根据吸光度与亚甲基蓝水溶液用量的关系，创新式的采用曲线拟合方式可快速确定测试结果。
从测试结果来看，硬碳材料A和硬碳材料B的吸附性能相差较大，故本发明的测定方法可用于不同孔隙，吸附性能相差较大的硬炭材料，其普适性强，且其通过先确定亚甲基蓝水溶液目标浓度，再确定亚甲基蓝水溶液目标浓度下的用量，可快速准确的确定结果，以避免国标等测定方法多次尝试性测试，因而可有效提升测试效率和准确度。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，但是也并不仅限于实施例中所列，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，包括步骤：
(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度
①定义3个亚甲基蓝水溶液浓度范围分别为C1～C2、C3～C4和C5～C6，且C1、C2、C3、C4、C5和C6依次递增，
②取定量的硬碳材料于透明瓶中，并添加一定体积且浓度为C3～C4范围内的亚甲基蓝水溶液，振荡后观察所述透明瓶中溶液的颜色变化，并通过所述透明瓶中溶液蓝色的变化而进一步采用C1～C2或C5～C6范围内的亚甲基蓝水溶液进行再次试验从而筛选出适合所述硬碳材料的亚甲基蓝水溶液目标浓度C0，所述亚甲基蓝水溶液目标浓度C0为小于C1、C1～C2、C3～C4和C5～C6四个范围内的一个浓度；
(2)测吸光度
①取定量的所述硬碳材料于所述透明瓶中，并逐渐加入体积为V1、浓度为C0的亚甲基蓝水溶液直至出现蓝色或浅蓝色，
②再取至少一个所述透明瓶并于其中加入定量的所述硬碳材料，并逐渐加入体积为V2、浓度为C0的亚甲基蓝水溶液，V2和V1的变化率小于20％，
③将所述透明瓶振荡后各取上层清液并采用分光光度计测于波长665nm处的吸光度，直至至少有2个吸光度低于2Y0且大于0.01，以得到多组亚甲基蓝水溶液目标体积V及对应的目标吸光度Y；
(3)线性拟合得吸附值
按照线性拟合方程Y＝KX+B，得到拟合系数K和B，再计算Y为Y0时的X0，并利用计算公式Q＝X0×C0得出吸附值Q，
其中，X为所述硬碳材料重量为0.1g时对应的亚甲基蓝水溶液体积，Q的单位为mg/g，X0的单位为mL/0.1g，C0的单位为g/L，Y0为质量分数为0.4％的五水硫酸铜标准溶液的吸光度。
2.根据权利要求1所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述步骤(1)筛选出亚甲基蓝水溶液目标浓度包括：
A.取定量的所述硬碳材料于所述透明瓶中，并添加一定体积且为第一浓度的亚甲基蓝水溶液，振荡后观察所述透明瓶中溶液的颜色变化，所述第一浓度为50mg/L至150mg/L范围内的一浓度；
B.若步骤A中所述透明瓶中溶液无蓝色，则另取定量的所述硬碳材料于所述透明瓶中，并添加等体积且为第二浓度的亚甲基蓝水溶液，所述第二浓度为600mg/L至1500mg/L范围内的一浓度，振荡后观察所述透明瓶中溶液的颜色变化，若所述透明瓶中溶液仍为蓝色，则所述硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为所述第一浓度，若所述透明瓶中溶液无蓝色，则所述硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为第二浓度；
C.若步骤A中所述透明瓶中溶液仍为蓝色，则另取定量的所述硬碳材料于所述透明瓶中，并添加等体积且为第三浓度的亚甲基蓝水溶液，所述第三浓度为5mg/L至20mg/L范围内的一浓度，振荡后观察所述透明瓶中溶液的颜色变化，若所述透明瓶中溶液仍为蓝色，则所述硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为小于5mg/L范围内的一浓度，若所述透明瓶中溶液无蓝色，则所述硬碳材料对应的亚甲基蓝水溶液目标浓度为所述第三浓度。
3.根据权利要求1或2所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述步骤(1)和所述步骤(2)中所述硬碳材料的重量各自独立为0.1g至0.5g，且各重量之间的变化率小于10％。
4.根据权利要求1或2所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述透明瓶为带盖透明塑料瓶或带塞透明锥形瓶，且容积为50mL至250mL。
5.根据权利要求1或2所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述亚甲基蓝水溶液的体积为5mL至15mL。
6.根据权利要求5所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述亚甲基蓝水溶液的体积为10mL。
7.根据权利要求1或2所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述振荡的频率为150次/min至350次/min，时间为5min至150min。
8.根据权利要求1或2所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述步骤(1)之前先将所述硬碳材料进行前处理，所述前处理包括将所述硬碳材料粉碎后进行干燥处理。
9.根据权利要求8所述的硬炭材料的吸附性能测定方法，其特征在于，所述干燥的温度为80℃至300℃，时间为0.5h至6h。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的硬炭材料的吸附性能测定方法于硬碳材料孔结构性能评价上的应用，其特征在于，
(1)若所述硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值小于1mg/g，则所述硬碳材料的孔结构很少，吸附性能不佳；
(2)若所述硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值为1mg/g至10mg/g，则所述硬碳材料的孔结构较少，吸附性能一般；
(3)若所述硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值为10mg/g至80mg/g，则所述硬碳材料的孔结构较多，吸附性能较好；
(4)若所述硬炭材料的吸附性能测定方法所测得的吸附值超过80mg/g，则所述硬碳材料的孔结构很发达，吸附性能很好。
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