大型海藻基多孔石墨烯的制备及其CO 2 吸附性能研究

发布时间：2023-02-16 18:08

　　多孔石墨烯是一种新型碳材料,具有超高的比表面积、良好的导热性能和化学稳定性等优势,在CO₂吸附领域具有良好的应用前景。目前,制备多孔石墨烯的原料主要为石墨,属于不可再生资源,储量有限,并且其制备方法存在过程繁琐、成本高昂等弊端,难以实现大规模工业化生产。因此,寻找一种具有可再生性的原料和一种成本低廉、操作简单、绿色环保的合成路线具有非常重要的意义。本文以一种资源丰富、成本低廉、可再生的大型海藻—铜藻为原料,在分析其化学组成的基础上,分别采用KOH活化法和铁盐催化法制备了多孔石墨烯和氮掺杂多孔石墨烯,考察了制备条件(碱炭比、金属浸渍比、活化温度)对石墨烯的形成、孔结构特性以及表面化学性质的影响,获得了多孔石墨烯的较优制备条件,并测试了多孔石墨烯的CO₂吸附性能。主要研究结果如下:(1)与陆地植物相比,铜藻的灰分含量较高,固定碳含量稍低,但其N元素含量较高,且含有丰富的金属离子(Na、Fe和Mg等)在活化过程中会起到催化和开孔作用;与大型海藻类相比,铜藻灰分含量较低,固定碳含量较高;因此,铜藻可作为制备碳材料的理想前驱体。(2)KOH活化法制备铜...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 大型海藻资源化利用的研究进展
        1.2.1 大型海藻的特点
        1.2.2 大型海藻的应用
        1.2.3 铜藻的应用研究现状
    1.3 石墨烯材料
        1.3.1 石墨烯的结构
        1.3.2 石墨烯的性质
    1.4 生物质基石墨烯的研究进展
        1.4.1 生物质基石墨烯的原料
        1.4.2 生物质基石墨烯的制备
        1.4.3 生物质基石墨烯的应用
    1.5 多孔石墨烯用于CO₂吸附的研究进展
        1.5.1 石墨烯吸附CO₂的优势
        1.5.2 石墨烯吸附CO₂的研究进展
    1.6 本文的研究内容
        1.6.1 研究内容
        1.6.2 研究路线
第二章 实验内容及表征方法
    2.1 实验试剂与仪器
    2.2 原料分析方法
        2.2.1 铜藻的工业分析方法
        2.2.2 铜藻的元素分析方法
        2.2.3 铜藻金属离子含量分析方法
        2.2.4 铜藻的热分解行为分析方法
    2.3 材料的制备
        2.3.1 KOH活化法制备多孔石墨烯
        2.3.2 铁盐催化法制备氮掺杂多孔石墨烯
    2.4 材料的表征方法
        2.4.1 扫描电镜分析
        2.4.2 高分辨透射电镜分析
        2.4.3 原子力显微镜分析
        2.4.4 比表面积及孔结构测定
        2.4.5 X射线衍射分析
        2.4.6 拉曼光谱分析
        2.4.7 X射线光电子能谱分析
        2.4.8 傅里叶红外光谱分析
        2.4.9 元素分析
    2.5 CO₂ 吸附性能测试
        2.5.1 材料的CO₂吸附容量
        2.5.2 CO₂ 吸附动力学
        2.5.3 循环再生性能
第三章 KOH活化法制备多孔石墨烯及其CO₂吸附性能研究
    3.1 引言
    3.2 原料分析结果
        3.2.1 铜藻的工业分析结果
        3.2.2 铜藻的元素分析结果
        3.2.3 铜藻的金属含量分析
        3.2.4 铜藻的热分解分析结果
    3.3 实验装置与内容
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 实验内容
    3.4 铜藻基多孔石墨烯的表征
        3.4.1 SEM表征
        3.4.2 TEM表征
        3.4.3 AFM表征
        3.4.4 氮气吸附/脱附分析
        3.4.5 X射线衍射分析
        3.4.6 拉曼光谱分析
        3.4.7 表面化学性质分析
    3.5 CO₂ 吸附性能测试
        3.5.1 实验材料
        3.5.2 实验方法
        3.5.3 CO₂ 吸附容量
        3.5.4 CO₂ 吸附动力学
        3.5.5 循环再生性能
    3.6 小结
第四章 铁盐催化法制备氮掺杂多孔石墨烯及其CO₂吸附性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验内容
    4.3 铜藻基多孔石墨烯的表征
        4.3.1 SEM表征
        4.3.2 TEM表征
        4.3.3 氮气吸附/脱附分析
        4.3.4 X射线衍射分析
        4.3.5 拉曼光谱分析
        4.3.6 表面化学性质分析
    4.4 石墨烯结构形成机理分析
    4.5 CO₂ 吸附性能测试
        4.5.1 实验材料
        4.5.2 实验方法
        4.5.3 CO₂ 吸附容量
        4.5.4 CO₂ 吸附动力学
        4.5.5 循环再生性能
    4.6 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
    1 作者简历
    2 攻读硕士学位期间发表的学术论文
    3 发明专利
学位论文数据集



本文编号：3744250