菌渣生物炭在有机污染物吸附和钠离子电池中的应用研究
发布时间：2021-02-06 02:23
当今,工业的快速发展在带来极大便利的同时,也带来了严重的环境污染和能源短缺等问题。新型能源环境材料在能源转化/存储以及环境污染治理方面发挥着重要的作用。我国是农业大国,农业废弃物的有效利用一直是重点发展的领域。食用菌的培养基质-菌渣是一类常见的农业废弃物,且绝大部分没有得到有效利用。本研究工作集中在回收再利用菌渣、开发新型高效能源环境材料上。以农业废弃物-菌渣作为原料,经过碳化、活化得到了具有超高比表面积的多孔碳材料（3342m2/g）。该多孔碳材料展现了优异的污染物吸附能力:在298.15 K时,对双酚A、2,4-二氯苯酚和亚甲基蓝的最大吸附量分别达到了1249、1155和869 mg/g,均高于已报道的其他吸附剂和商品活性炭;（5次吸附/再生循环后,去除效率仍能保持78.4%）。与此同时,该多孔炭材料应用于钠离子电池时,发挥了良好的碳骨架功能。采用蒸发-冷凝的方法成功地将红磷纳米颗粒装载到菌渣生物炭孔隙中,得到了红磷/多孔炭（PC@RP）复合材料。在该复合材料中,多孔炭骨架增强了材料的导电性、有效地缓解了充放电过程中的体积效应:0.1 A/g的电流密度下,比容...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水环境中污染物的来源(Monetal2018)
固的化学键或形成表面络合。化学吸附相对于物理吸附是非常牢固的，这是因为化学键的参与导致吸附质分子被吸附在吸附剂表面而不能自由移动。在实际的吸附过程中，物理吸附和化学吸附不是单一存在的，它们是共同存在，同时进行的(Ali2012)常用的吸附剂包括：活性炭、沸石、粘土、聚合物等。由于较低的吸附量和吸附速率，这些常规吸附剂在实际应用中有着一定的局限性。活性炭由于其绿色可再生、吸附效率高和成本低等优点而得到了广泛的应用。但是，随着水中污染物的成分越来越复杂，人们对吸附剂的要求也越来越高。普通活性炭对污染物吸附速率缓慢，对亲水性污染物的吸附效果较差，已经很难满足人们的需求。通过对活性炭进行改性是实现高效的吸附的一个重要方法。纳米技术的发展为吸附剂带来了新的契机，这些纳米吸附剂具有独特的优势，包括比表面积大、选择性强、吸附位点丰富、颗粒内扩散距离短、孔径可调、易于再生和重复使用等(Bolisettyet al 2019, Burtch al 2014)。
图 1.6（a）地壳中元素的丰度和（b）钠离子电池工作原理示意图(Pan et al 2013)Fig 1.6 (a) Elemental abundance in the Earth’s crust and (b) The schematic illustration oprinciple for sodium-ion batteries (Pan et al 2013)当前钠离子电池最大的挑战是实现高能量密度和高功率密度。正极材料方NaFePO4、Na3V2(PO4)3、NaMnO2等，已经在钠离子电池中取得了巨大的成(Yabuuchietal2014)。然而，钠离子电池负极材料方面还没有较大的突破。研究表在钠离子嵌入过程中，由于钠离子半径太大会导致石墨层的坍塌，所以锂离子的石墨负极材料不适合钠的可逆存储(Li et al 2017a, 赵丽娜 2018)。钠离子电池负极材料的研究主要集中在以下四种类型：（1）碳材料，如硬软碳等；（2）层状氧化物和聚阴离子化合物（如磷酸盐）嵌入材料；（3）金属、能与钠形成合金的材料；（4）具有转化反应的氧化物、硫化物和磷化物等（谢等 2018, 田丽媛等 2018）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池负极材料研究进展[J]. 谢银斯,孙丁武,林维捐,何国强. 电源技术. 2019(02)
[2]钠离子电池金属化合物负极材料的研究进展[J]. 田丽媛,鞠小霞,向枫,周明. 储能科学与技术. 2018(06)
[3]水污染现状及水环境管理对策研究[J]. 齐奋春,赵月. 资源节约与环保. 2018(09)
[4]Hard carbon derived from cellulose as anode for sodium ion batteries:Dependence of electrochemical properties on structure[J]. V.Simone,A.Boulineau,A.de Geyer,D.Rouchon,L.Simonin,S.Martinet. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
博士论文
[1]钠离子电池电极材料Na3V2（PO4）3结构及电化学性能研究[D]. 赵丽娜.北京科技大学 2019
[2]我国生物质原料资源及能源潜力评估[D]. 张蓓蓓.中国农业大学 2018
本文编号：3019990
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水环境中污染物的来源(Monetal2018)
固的化学键或形成表面络合。化学吸附相对于物理吸附是非常牢固的，这是因为化学键的参与导致吸附质分子被吸附在吸附剂表面而不能自由移动。在实际的吸附过程中，物理吸附和化学吸附不是单一存在的，它们是共同存在，同时进行的(Ali2012)常用的吸附剂包括：活性炭、沸石、粘土、聚合物等。由于较低的吸附量和吸附速率，这些常规吸附剂在实际应用中有着一定的局限性。活性炭由于其绿色可再生、吸附效率高和成本低等优点而得到了广泛的应用。但是，随着水中污染物的成分越来越复杂，人们对吸附剂的要求也越来越高。普通活性炭对污染物吸附速率缓慢，对亲水性污染物的吸附效果较差，已经很难满足人们的需求。通过对活性炭进行改性是实现高效的吸附的一个重要方法。纳米技术的发展为吸附剂带来了新的契机，这些纳米吸附剂具有独特的优势，包括比表面积大、选择性强、吸附位点丰富、颗粒内扩散距离短、孔径可调、易于再生和重复使用等(Bolisettyet al 2019, Burtch al 2014)。
图 1.6（a）地壳中元素的丰度和（b）钠离子电池工作原理示意图(Pan et al 2013)Fig 1.6 (a) Elemental abundance in the Earth’s crust and (b) The schematic illustration oprinciple for sodium-ion batteries (Pan et al 2013)当前钠离子电池最大的挑战是实现高能量密度和高功率密度。正极材料方NaFePO4、Na3V2(PO4)3、NaMnO2等，已经在钠离子电池中取得了巨大的成(Yabuuchietal2014)。然而，钠离子电池负极材料方面还没有较大的突破。研究表在钠离子嵌入过程中，由于钠离子半径太大会导致石墨层的坍塌，所以锂离子的石墨负极材料不适合钠的可逆存储(Li et al 2017a, 赵丽娜 2018)。钠离子电池负极材料的研究主要集中在以下四种类型：（1）碳材料，如硬软碳等；（2）层状氧化物和聚阴离子化合物（如磷酸盐）嵌入材料；（3）金属、能与钠形成合金的材料；（4）具有转化反应的氧化物、硫化物和磷化物等（谢等 2018, 田丽媛等 2018）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池负极材料研究进展[J]. 谢银斯,孙丁武,林维捐,何国强. 电源技术. 2019(02)
[2]钠离子电池金属化合物负极材料的研究进展[J]. 田丽媛,鞠小霞,向枫,周明. 储能科学与技术. 2018(06)
[3]水污染现状及水环境管理对策研究[J]. 齐奋春,赵月. 资源节约与环保. 2018(09)
[4]Hard carbon derived from cellulose as anode for sodium ion batteries:Dependence of electrochemical properties on structure[J]. V.Simone,A.Boulineau,A.de Geyer,D.Rouchon,L.Simonin,S.Martinet. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
博士论文
[1]钠离子电池电极材料Na3V2（PO4）3结构及电化学性能研究[D]. 赵丽娜.北京科技大学 2019
[2]我国生物质原料资源及能源潜力评估[D]. 张蓓蓓.中国农业大学 2018
本文编号：3019990
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