石墨烯基复合微球的制备及其在水处理和锂离子存储的应用
发布时间：2020-08-18 11:39
【摘要】：扩散是控制物理化学过程的重要因素之一,通过设计材料的宏观/微观结构,缩短内扩散路径可以有效的提高扩散动力学,从而加快物理化学反应速率。本文通过静电喷雾结合定向冷冻干燥的方法,制备一系列具有中心发散微通道或多孔结构的微球,以实现快速的离子传输:1.通过静电喷雾结合冷冻干燥的方法制备氧化石墨烯/壳聚糖复合微球。微球表面构筑蜂巢-蛛网结构,内部具有类蒲公英的中心发散微通道结构。所制备的吸附剂对金属离子和阴阳离子染料均具有较高的吸附容量和很快的吸附速率。对于Pb(II)和亚甲基蓝的吸附容量分别高达747.5和584.6 mg g-1。另外,微球吸附剂对于所研究的大多数污染物在20 min内可以达到吸附平衡,具有快速吸附的特性。2.通过800 ℃热处理氧化石墨烯/壳聚糖和氧化石墨烯/多巴胺复合微球,得到还原氧化石墨烯微球。由于疏水性和π-π共轭作用,微球对于多种油和有机溶剂都有较高的吸附容量,N掺杂能够进一步提高对带苯环污染物的吸附容量。利用燃烧法对吸附剂进行回收,在经过10次吸附-燃烧循环后,吸附容量没有明显衰减。3.通过H2气氛中高温热处理,得到具有N掺杂碳增强导电性的Ti02纳米线/RGO微球。RGO纳米片由于π-π作用构筑起3D多孔结构,大大促进电解液对电极的浸润,同时利于电子在电极中的传输;微球中的Ti02纳米线形成互穿网络,防止纳米结构在脱锂/嵌锂过程中的团聚问题,同时为Li+提供直接/快速的离子传输路径。所制备的3D TiO2/RGO复合微球有良好的倍率性能和循环稳定性,10 C下经过1000圈长循环后,微球电极的容量为133.4 mAh g-1,容量保持率高达70%。此3D TiO2/RGO复合微球电极在高性能储锂方面有良好的应用前景。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB33
【图文】：
Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＧＯ／ＣＳ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ．逡逑ＣＳ是一种带有羟基和氨基的直链阳离子多糖，用于交联带负电的ＧＯ纳米片以逡逑构建３Ｄ多孔结构。在剧烈搅拌下将ＣＳ溶液加入到ＧＯ分散液中，ＧＯ纳米片和ＣＳ逡逑分子链自组装形成稳定的水凝胶［１５比流动性降低。如图２－２所示，ＣＳ溶液在酸性条逡逑件下带正电，ＧＯ的分散液带负电，静电相互作用和化学官能化使得ＣＳ分子链连接逡逑到ＧＯ纳米片上。酸性溶液是ＣＳ的良溶剂，ＣＳ聚合物链连接在ＧＯ上，在酸性溶液逡逑中ＣＳ分子链被质子化并伸展，以形成ＧＯ／ＣＳ水凝胶。碱性溶液是ＣＳ的不良溶剂，逡逑在加入氨水后，连接在ＧＯ纳米片上的ＣＳ链去质子化并收缩以形成ＧＯ／ＣＳ复合体［１５２］。逡逑随着ｐＨ值增加，ＧＯ／ＣＳ复合体的Ｚｅｔａ点位从正变为负（图２－２），由于静电排斥而使逡逑得ＧＯ／ＣＳ复合体的均匀悬浮。逡逑６０１—厂＇逡逑■邋＼逡逑＞４０－逡逑
ＧＯ／ＣＳ邋ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ逦！邋１邋Ｌｙｏｐｈｉｌｉｚｅｄ邋１邋ＣＳ邋ｃｈａｉｎ逡逑图２－１邋ＧＯ／ＣＳ复合微球制备过程。逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＧＯ／ＣＳ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ．逡逑ＣＳ是一种带有羟基和氨基的直链阳离子多糖，用于交联带负电的ＧＯ纳米片以逡逑构建３Ｄ多孔结构。在剧烈搅拌下将ＣＳ溶液加入到ＧＯ分散液中，ＧＯ纳米片和ＣＳ逡逑分子链自组装形成稳定的水凝胶［１５比流动性降低。如图２－２所示，ＣＳ溶液在酸性条逡逑件下带正电，ＧＯ的分散液带负电，静电相互作用和化学官能化使得ＣＳ分子链连接逡逑到ＧＯ纳米片上。酸性溶液是ＣＳ的良溶剂，ＣＳ聚合物链连接在ＧＯ上，在酸性溶液逡逑中ＣＳ分子链被质子化并伸展，以形成ＧＯ／ＣＳ水凝胶。碱性溶液是ＣＳ的不良溶剂，逡逑在加入氨水后，连接在ＧＯ纳米片上的ＣＳ链去质子化并收缩以形成ＧＯ／ＣＳ复合体［１５２］。逡逑随着ｐＨ值增加
将过滤的冰微球冷冻干燥以去除水并形成ＧＯ／ＣＳ复合微球。逡逑２．３．２形貌与结构表征逡逑图２－３ａ显示了具有不同ＣＳ含量的ＧＯ／ＣＳ复合微球的直径分布。ＣＳ含量低的逡逑ＧＣＭ５邋（图２－３ｂ）邋ＣＳ含量高的ＧＣＭ５０邋（图２－３ｄ）具有更小的直径和更窄的分布，这逡逑是由ＧＯ／ＣＳ分散液的粘度随着ＣＳ含量的增加而增加。逡逑ａ）逦＋ＧＣＭ５邋ｂ）邋\l逡逑９逦－？－ＧＣＭ１０逦■逡逑—Ｉ＾￣ＧＣＭ２０逡逑－%迹牵茫停担板义希模椋幔恚澹簦澹蝈澹ǎ穑恚╁巍鲥义希慑义贤迹玻冲澹ǎ幔┎煌茫雍康模牵希茫痈春衔⑶虻闹本斗植迹唬ǎ猓╁澹牵茫停怠ⅲǎ悖╁澹牵茫停保啊㈠义希ǎ洌╁澹牵茫停担暗氖胝掌ｅ义希疲椋纾澹玻冲澹ǎ幔╁澹裕瑁邋澹螅椋邋澹洌椋螅簦颍椋猓酰簦椋铮睿箦澹铮驽澹牵希茫渝澹悖铮恚穑铮螅椋簦邋澹恚椋悖颍铮螅穑瑁澹颍澹箦澹鳎椋簦桢澹洌椋妫妫澹颍澹睿翦澹茫渝义希悖铮睿簦澹睿簦螅澹模椋纾椋簦幔戾澹穑椋悖簦酰颍澹箦澹铮驽澹ǎ猓╁澹牵茫停担澹ǎ悖╁澹牵茫停保埃澹幔睿溴澹ǎ洌╁澹牵茫停担埃义希玻板义
本文编号：2796169
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB33
【图文】：
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将过滤的冰微球冷冻干燥以去除水并形成ＧＯ／ＣＳ复合微球。逡逑２．３．２形貌与结构表征逡逑图２－３ａ显示了具有不同ＣＳ含量的ＧＯ／ＣＳ复合微球的直径分布。ＣＳ含量低的逡逑ＧＣＭ５邋（图２－３ｂ）邋ＣＳ含量高的ＧＣＭ５０邋（图２－３ｄ）具有更小的直径和更窄的分布，这逡逑是由ＧＯ／ＣＳ分散液的粘度随着ＣＳ含量的增加而增加。逡逑ａ）逦＋ＧＣＭ５邋ｂ）邋\l逡逑９逦－？－ＧＣＭ１０逦■逡逑—Ｉ＾￣ＧＣＭ２０逡逑－%迹牵茫停担板义希模椋幔恚澹簦澹蝈澹ǎ穑恚╁巍鲥义希慑义贤迹玻冲澹ǎ幔┎煌茫雍康模牵希茫痈春衔⑶虻闹本斗植迹唬ǎ猓╁澹牵茫停怠ⅲǎ悖╁澹牵茫停保啊㈠义希ǎ洌╁澹牵茫停担暗氖胝掌ｅ义希疲椋纾澹玻冲澹ǎ幔╁澹裕瑁邋澹螅椋邋澹洌椋螅簦颍椋猓酰簦椋铮睿箦澹铮驽澹牵希茫渝澹悖铮恚穑铮螅椋簦邋澹恚椋悖颍铮螅穑瑁澹颍澹箦澹鳎椋簦桢澹洌椋妫妫澹颍澹睿翦澹茫渝义希悖铮睿簦澹睿簦螅澹模椋纾椋簦幔戾澹穑椋悖簦酰颍澹箦澹铮驽澹ǎ猓╁澹牵茫停担澹ǎ悖╁澹牵茫停保埃澹幔睿溴澹ǎ洌╁澹牵茫停担埃义希玻板义
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