微波一步法快速制备酶解木质素基活性炭的研究

发布时间：2021-09-07 01:39

　　超级电容器作为一种储能器件,具有在短时间内进行充放电、循环寿命较长和比电容值较高等特点,在电动汽车、电力储能、家用电器等领域具有广泛应用。活性炭材料具有优良导电性能、较好的耐化学腐蚀性能、价格低廉、来源广泛等优点,在超级电容器用碳电极材料中工业化应用较为成功。目前主要是利用生物质原料采用先加热炭化再进行化学活化法或物理活化法制备得到活性炭,该工艺过程持续时间久,耗能多,效率低,大大延长生产周期。本研究以可再生生物质资源——酶解木质素为原料,采用微波一步法,引入吸波活化剂ZnCl₂制备生物质基活性炭,分析活化剂添加量、微波加热时间对活性炭结构及电化学性能的影响。为进一步提高活性炭的性能,使用活化效果更优的KOH作为活化剂,但KOH和酶解木质素难以吸收微波,通过优化反应装置,引入湿化氮气,实现微波一步法KOH活化制备活性炭,分析了活化剂添加量与微波加热时间对活性炭微观结构及电化学性能的影响。为简化反应装置,进一步研究引入碳基吸波材料辅助微波一步法制备活性炭,确保KOH活化效果并保持制备所得活性炭的性能,分析了碳基吸波材料添加量与微波加热时间对活性炭微观结构及电化学性能... 

【文章来源】：南京林业大学江苏省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各种电能存储装置的能量密度和功率密度关系图[27]

5图1-1各种电能存储装置的能量密度和功率密度关系图[27]Fig.1-1Ragoneplotsforvariousenergystoragedevices.[27]图1-2超级电容器结构示意图[28]Fig1-2Schematicstructureofthesupercapacitor.[28]1.5.2生物质基活性炭的应用生物质基活性炭具有稳定的物理化学性质、来源广泛、可再生优点及成本低廉等优点，这决定了其在电化学领域具有广阔的应用前景，在生物质基活性炭中，其多层级孔径分布有助于其作为电极材料的应用。其中，丰富的微孔结构可以为电解液中的阴阳离子提供足够的储存位点，贡献一定的双电层电容，但是微孔中尺寸极小的孔径会降低电解质离子的传输效率，从而降低电极材料在大电流密度下的充放电效率，降低比电容值；中孔结构为离子运输提供了低阻力的途径，但是过多的中孔结构提供的有限比表面积无法提供高的比电容值；大孔结构相当于一个储存池，可以减小电解液离子在活性炭孔隙与电解质之间的扩散距离，所以，具有合适微孔、中孔及大孔比例的生物质基活性炭电极材料可以在超级电容器中表现更加突出[36-40]。将木质素溶解在活化剂KOH中，干燥后在管式炉中制备活性炭，洗涤烘干后，活性

7图1-3微波一步法快速制备木质素基活性炭研究技术路线Fig.1-3Technicalschemeofthepreparationoflignin-basedactivatedcarbon1.6.2创新点采用微波一步法，替代传统管式炉法、微波两步法，将制备时间从6-10h缩短到8-10min，通过引入不同吸波材料，包括湿化氮气、碳基吸波材料、能够吸收微波的活化剂辅助微波一步法，快速制备出具有多尺度孔结构并适用于超级电容器电极材料的生物质基活性炭。


本文编号：3388595