松子壳基氮掺杂多孔碳材料的制备及其双功能应用研究

发布时间：2020-06-10 17:38

【摘要】：近年来,水污染问题成为影响社会环境的重大问题,尤其是有机染料废水的排放,严重威胁到了水生生物的生命安全,而亚甲基蓝(MB)则是最有代表性的有机染料污染源。各种各样的方法被用于有机染料废水处理领域,取得了一定的成效,其中,吸附法是最为经济且有效的方法。而在能源储存方面,超级电容器则因具有较高的功率密度和循环稳定性成为最具有前景的新型储能元件。因此,开发高效且经济的吸附剂和电极材料成为人们关注的焦点。本文以废弃的松子壳为原料,以KOH为活化剂,采用直接碳化和加入氮源三聚氰胺和壳聚糖碳化的方法制备出了松子壳基多孔碳P-K和PCM-K,并将其用于有机染料废水吸附剂和超级电容器电极材料。其中,PCM-K的比表面积高达3376.1 m2·g-1,氮含量达到6.25%。在染料废水移除方面,PCM-K对MB的吸附容量为766.9 mg·g-1,移除率达到100%,远高于P-K的418.5 mg·g-1。实验也探究了时间、吸附剂用量、MB初始浓度以及温度对吸附的影响。作为对比,PCM-K对阳离子染料罗丹明B(RhB)和阴离子染料甲基橙(MO)的吸附容量分别是704.3 and 408.7 mg·g-1。动力学实验表明其吸附与准二级动力学模型一致,等温线实验表明其吸附与Langmuir吸附等温线模型一致,热力学实验表明其吸附为自发吸热过程。超级电容器方面,在三电极体系,0.1 A·g-1的充放电电流密度下,PCM-K和P-K的比电容分别为376.4和255.2 F·g-1。说明松子壳基多孔碳PCM-K是非常优异的有机废水处理吸附剂和超级电容器电极材料。
【图文】：

杂原子,碳材料,分子模型

了提高生物质活性炭的性能，，研究者对杂原子掺杂改性活性炭进行了广泛的研宄。相逡逑对于传统的改性方法，杂原子掺杂可以改变碳材料的元素构成，提高其表面活性。常逡逑见的用于杂原子掺杂的原子有Ｎ、Ｓ、０、Ｐ、Ｆ等，杂原子掺杂后的材料如图１－２所逡逑示。逡逑｛逦＇：邋：＊逦＊；逦＇；／…＊＊＇ｎＨ２逦，：逡逑ｋ逦＊邋？逦？逦＊逦＊逦２逦？逡逑Ｆ－Ｄｏｐｅｄ逦Ｃａｒｂｏｎ逦Ｂ－Ｄｏｐｅｄ逦Ｎ－Ｄｏｐｅｄ逡逑图１－２杂原子掺杂的碳材料的分子模型逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ邋ｄｏｐｅｄ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑氮掺杂碳材料在众多杂原子掺杂的碳材料中具有更多领域的应用，被视为非常有逡逑应用前景的材料之一。氮原子具有很高的电子亲和力，使得碳材料中毗邻氮原子的碳逡逑原子拥有更高的正电荷密度，所以能够使氮掺杂碳材料表现出优异的电化学和吸附性逡逑能［１６１。氮掺杂能够将一些含氮官能团引入到活性炭材料中，一般通过与含氮量高的物逡逑质反应被引入，如硝酸，氨气等，也可以直接碳化氮含量丰富的物质得到，如聚丙烯逡逑腈，聚苯胺和三聚氰胺等。这些含氮官能团能够显著提高活性炭材料对一些有毒金属逡逑离子的吸附能力以及电化学和气体吸附存储能力。逡逑１．３生物质活性炭在有机物吸附领域的应用逡逑１．３．１染料废水概述逡逑随着工业现代化的快速发展

原理图,储能,电容器,原理

第一章绪论放电速率以及不可逆的法拉第过程导致其在较高的电流密度和长的使用周期中逡逑差。因此，双电层电容器目前研究比较多一些，对其性能影响较大的是比表面逡逑结构、离子导电性和电解液的电压稳定性等。目前，商业上用的较多的材料一逡逑基材料，充放电能力类似于介质电容器。这些装置的电容一般来源于电极材料逡逑质溶液界面的静电作用。活性炭目前是研究最为广泛的一类电极材料，因为它逡逑泛、价格低廉且性能优良。逡逑逦ｃｈａｒｇｅｒ逡逑
【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】：X703;TQ424

【参考文献】