基于生物质豆腐的多孔炭的制备及其超电容与染料吸附性能研究

发布时间：2020-06-15 13:15

【摘要】：多孔炭材料是指含有丰富的相互贯通或封闭的孔洞并且以炭为介质的固体材料,具有发达的孔结构、大的比表面积、稳定的炭骨架结构和丰富的来源的特点,在电化学能源存储与转换、催化剂载体、吸附等领域具有广阔的应用前景。在众多多孔炭材料中,以生物质为原料制备多孔炭具有绿色环保、成本低廉等优势,本文以豆腐为碳源,加入氯化锌与氯化铁、采用一步炭化法制备了具有纳米薄片形貌的Fe_3C/Fe_3O_4/C复合材料,系统研究了所制备材料在超级电容器与染料吸附两方面的性能,探讨了两种应用对多孔材料的共性要求。主要研究内容如下:(1)利用氯化锌和氯化铁一步炭化-活化制备得到高比表面积Fe_3C/Fe_3O_4/C片状复合材料,系统研究了炭化过程中其形貌的演变机理及工艺条件对比表面积的影响。实验表明:(1)活化后的豆腐碳材料具有高的比表面积,氯化锌活化的样品的最大比表面积为1876 m~2/g。(2)氯化铁可促进豆腐的石墨化转变,且有氯化铁参与的活化过程都有自组装Fe_3C/Fe_3O_4/C片状结构复合材料生成。(3)由氯化锌和氯化铁协同活化作用制备了高比表面积Fe_3C/Fe_3O_4/C的复合材料具有优异的电化学性能,在0.5 A/g的电流密度下,比容量为315 F/g。(4)碳化温度在700°C~1000°C时,氯化锌和氯化铁共同活化豆腐反应制备了不同的Fe的化合物,且在800°C时,产物的电化学性能最优。(2)考察了所制备的Fe_3C/Fe_3O_4/C复合材料在对亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)的吸附性能。结果表明:(1)具有高比表面积和片状结构的Fe_3C/Fe_3O_4/C复合材料对MB和RhB吸附容量分别可达918 mg/g和868 mg/g。(2)改变吸附过程的酸碱环境,其吸附量基本不变。(3)Fe_3C/Fe_3O_4/C复合材料经十次重复利用后,对MB和RhB的去除率仍分别可高达95%和92.5%。(4)随着温度的升高,Fe_3C/Fe_3O_4/C复合材料的吸附量逐渐增大;初始浓度高于600 mg/L,吸附处于平衡状态;15 min内吸附速率较快,30 min后吸附基本达到平衡。(5)拟合的吸附等温线符合Langmuir吸附等温曲线模型,吸附质以单分子层形式覆盖在吸附剂表面;吸附动力学过程满足准二级动力学模型的假设条件,吸附机制以化学吸附为主。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB383.4
【图文】：

木头,各向异性结构,树木,石墨

图 1-1 (a) 树木木头的各向异性结构（b）碳化后的木头结构[24]Fig.1-1（a）Schematic to show a piece of unique anisotropic natural wood with well-channels along the tree growth direction （b）carbonized wood structure.1.1.2 石墨烯2004 年英国的安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛教授用胶带从石墨中出了石墨烯[25]，由此科研工作者在全球展开了对石墨烯的研究，二人也墨烯的研究贡献获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。石墨烯是由碳原子连接的单原子层在平面上构成的，其基本的结构单元是稳定的苯六元环材料的基本单元，由二维石墨烯翘曲可形成零维的富勒烯，也可卷曲成纳米管或堆垛成三维的石墨[26]。石墨烯作为新型纳米材料，具有超高5 GPa）[27]、超高导热系数（5000 J/mKs）[28]，利用石墨烯的这些特性

生物质热解,后产物,杂原子

基于生物质豆腐的多孔炭的制备及其超电容与染料吸附性能研究物质炭的特点热解或活化是制备活性炭的重要来源之一，生物质来源丰骨架或含有的杂原子，在热解或活化后部分可以保留的原成分包括 C，O，H，N，P 和 S。生物质经过高温碳化后除去，最终产物以碳为主，约占 85%以上，其余为 O，H1]，而这些原位杂原子赋予了碳表面可调节的物理化学性质不同的内部构造因此就产生了一些独特的结构形貌如导表面上存在大量的官能团，这样的结构经过简易的活化就貌或者重新组合新的规整的结构，如图 1-2 所示。

【参考文献】