生物质多孔碳材料制备及电性能研究

发布时间：2020-04-08 05:18

【摘要】：生物质碳材料以其循环可持续、来源广泛、制备工艺简单等优点成为研究热点。本论文以生物质木耳为碳源,将干木耳粉加入到氯化钠溶液,混合均匀后冷冻干燥,在高温管式炉中碳化。木耳浸泡过程中,氯化钠扩散到木耳的孔中,干燥后,氯化钠以晶体颗粒析出,在碳化过程中可以起到支撑作用,避免木耳的孔结构塌陷。碳化温度高于800 ℃,氯化钠溶解,其液体表面可以作为模板,促进片层碳的形成。氯化钠对木耳碳材料的形貌和性能都有影响。经过一系列探究得出以下结论:(1)氯化钠使得碳化产物呈疏松片状结构。通过调控氯化钠模板比例、碳化温度和碳化产物后处理,发现木耳与氯化钠比例为1:10、碳化温度为900 ℃时,获得三维片层堆积结构,片层约2 nm左右,比表面积可以达到752 m2/g。该材料具有良好的电容性能,0.5A/g电流密度下的比电容为100F/g。对该材料进行酸处理后,形貌没有影响,但可溶解一些无机盐粒子,从而提高比表面积到928 m2/g。同时,电容性能得以提升,0.5A/g电流密度下的比电容为116F/g。(2)在前面工作的基础上,为进一步调控碳材料的结构和组成,在制备过程中掺入硫酸亚铁铵或聚磷酸铵。实验结果表明,硫酸亚铁铵或聚磷酸铵在高温碳化过程中产生大量气体,使产物的片层堆积更加疏松,比表面积可提高到1065 m2/g,但电容性能提升不明显,0.5 A/g电流密度下的比电容为97F/g。(3)活化是提高碳材料比表面积的有效手段,通过以KOH为活化剂,对碳化产物进一步高温活化,发现当KOH与碳化产物质量比为4:1时,活化产物形貌发生巨变,片层堆积的形貌消失,形成多级孔结构的无规形貌,比表面积可达2033m2/g。同时,电容性能急剧提升,0.5A/g电流密度下比电容为340F/g。
【图文】：

陕西师范大学硕士学位论文逡逑图２．１中（ａ）、（ｂ）为空白样品在９００邋°Ｃ碳化产物水洗后的扫描电子显微镜逡逑照片，（ｃ）、（ｄ）为产物ＡＳＣ５－９００水洗后的扫描电子显微镜照片。如图所示，不逡逑加入氯化钠做模板的碳化产物是尺寸较大的块状，尺寸不均一，有明显的坍塌断逡逑裂破碎的现象；而ＡＳＣ５－９００是片层碳堆积形成的蓬松多孔的结构，且尺寸大小均逡逑匀。显然，氯化钠对产物形貌具有显著的影响。逡逑灥逡逑图２．１空白样品⑷（ｂ）和ＡＳＣ５－９００（ｃ）（ｄ）的ＳＥＭ图逡逑Ｆｉｇ．２．１邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｌａｎｋ邋（ａ）（ｂ）ａｎｄ邋ＡＣＳ５￣９００（ｃ）（ｄ）逡逑图２．２中（ａ）、（ｂ）分别为空白样品和ＡＳＣ５－９００水洗后的透射电镜图。图中逡逑显示，空白样品在透射电镜下形貌是较厚的碳层；而ＡＳＣ５－９００是明显的二维薄片逡逑结构，且片层结构非常薄，但出现了双层甚至多层纳米片堆叠在一起的现象，片逡逑层厚度不是很均匀。逡逑１０逡逑

Ｆｉｇ．２．２邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｌａｎｋ邋（ａ）ａｎｄ邋ＡＣＳ５－９００（ｂ）逡逑２．３．１．２邋ＸＲＤ、拉曼和ＥＤＸ表征逡逑图２．３是空白样品和ＡＳＣ５－９００水洗后的ＸＲＤ谱图和拉曼谱图。逡逑ＸＲＤ谱图显示，空白样品在２６°和４３°出现较为明显的衍射峰，其为石墨碳逡逑（ＪＣＰＤＳ７５－１６２１）的特征衍射峰，分别归属于石墨的（００２）、（１００）晶面［６１］，说逡逑明材料发生了一定程度的石墨化；ＡＳＣ５－９００在２６°有一个较宽的衍射峰，而在４３°逡逑附近几乎没有明显的衍射峰，说明碳材料主要是以无定型碳存在；两个产物在３１°逡逑附近都有一个较尖锐的衍射峰，，经过对比标准卡片为钙、镁、硅等元素的硅酸盐逡逑化合物。逡逑拉曼光谱中有两个明显的光谱峰，一个是位于波数在１５８０邋ｃｍ－１的石墨峰（Ｇ逡逑峰），是材料石墨化的特征峰，对应于石墨层内ｓｐ２杂化的碳原子振动，表示材料逡逑的石墨化程度；另一个是位于波数在ＵＳＯｃｎＶ１左右的无定型碳的峰（Ｄ峰）
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383

【参考文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 臧锐;生物质基活性碳材料的制备及电化学性能的研究[D];南京航空航天大学;2016年

本文编号：2618948