木质素衍生多孔碳材料的研究进展

木质素作为自然界中含量丰富的芳香族生物高聚物，由于其功能基团的复杂性和丰富性，及木质素衍生材料的制备方法的创新和多维度的应用引起了人们的广泛关注。本文概述了木质素衍生多孔碳材料在不同领域的应用并对其发展前景进行了展望。

随着社会的发展，可再生材料由于其可以减少化石资源的使用从而达到减少温室气体排放的目的， 同时在超级电容器、染料吸附等方面的应用前景，成为研究热点。碳捕获和储存途径有可能将未来世界能源排放量减少20% [1]，因此需要寻找廉价且高效捕获储存温室气体的可再生材料。至今为止，已经开发了各种碳源，如乙醇、乙炔和吡啶[2]，然而这些碳源大多与化石燃料有关[3]，这些燃料具有易燃性、爆炸性和低可控性等劣势。因此，转向生物可再生碳源至关重要。生物质能源在自然界中的储存量大、开发成本低并且对环境污染程度小[4]。

作为新能源的生物质材料主要组成有多糖、木质素、蛋白质等[5]， 因其含有多种功能基团，可采用物理或化学方法将其改性来制备可再生材料[6]。

Figure 1. (a) Basic structural unit of lignin; (b) Structural formula of lignin 图1. (a) 木质素基本结构单元；(b) 木质素结构式 木质素分子结构单元紫丁香基丙烷、愈创木基丙烷以及对羟苯基丙烷之间主要通过醚键和碳碳键相连，并含有丰富的官能团(图1)，如甲氧基、羟基、羧基、羰基和共轭双键等[7]，利用这些官能团的高活性经过化学改性[8]可以实现其在吸附金属离子、有机污染物等领域中的应用[9]。此外，通过木质素制备的多孔碳电极材料具有较好的化学稳定性[10]、优异的导电性以及高比表面积而应用于碳基超级电容器[11]。

木质素是仅次于纤维素的丰富的可再生生物质， 每年生产数百万吨， 而大部分木质素被燃烧为制浆和造纸工业提供能源，而含有木质素材料的物质主要是工业和农业副产品，如硫酸盐黑液中的木质素、天然木质素和许多其他物质。木质素具有成本低，易于调控结构等优势，作为多孔碳材料前体的潜力很大。本文概述了木质素衍生多孔碳材料的制备方法以及应用并对其发展前景进行了展望。

2. 木质素衍生碳材料在染料吸附领域的应用 染料大部分来源于纺织、制革、造纸行业、化妆品、污水处理厂等部门。这些染料中的大部分都对生态环境造成了严重的问题， 从而引起过敏甚至癌症[12]。

吸附剂吸附有机污染物的作用机理包括物理吸附、静电吸附、离子交换、氢键作用以及π-π 键作用。天然和改性形式的木质素已被用作去除废物流中