废糖液制备杂原子掺杂分级多孔炭及电化学性能研究
发布时间：2021-01-16 03:04
维生素C工业生产过程中会产生大量的废糖液,其作为一种强酸性的有机废弃物难以被直接高效利用。废糖液的主要成分是2-酮基-L-古龙酸,其分子结构与葡萄糖等生物质类似,灰分含量低且富含有机质,是制备多孔炭材料的潜在前驱体。双电层电容器（EDLC）作为具有发展潜力的新型储能装置,具有充放电速度快、孔隙发达和性质稳定等优点。杂原子掺杂是提高EDLC电极材料电化学性能的有效方法之一。表面官能团的增加不仅能提高多孔炭材料的润湿性进而获得有效的比表面积,也可通过法拉第反应产生赝电容。此外,分级多孔炭特殊的孔径分布（微孔、中孔和大孔）和发达的孔隙率可促进电解质离子在孔道中的快速转移,从而提高炭材料的倍率性能。本论文利用废糖液作为碳前驱体,制备了杂原子掺杂分级多孔炭,并装载EDLC,探究了制备条件对分级多孔炭结构和电化学性能的影响。主要内容包括以下两个部分:第一部分,制备氧掺杂分级多孔炭。废糖液通过抽滤预处理,除去不可溶的杂质,并对废糖液和木质素的混合物进行炭化,结合KOH活化制备氧掺杂分级多孔炭。木质素具有三维网状结构和较高的氧含量,加入木质素可增大多孔炭的比表面积和含氧官能团,但过量木质素加入发生扩孔...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于多孔电极材料的双电层电容器示意图
4(a) Helmholtz model (b) Gouy-Chapman model (c) Gouy-Chapman-Stern model图 1-2 双电层模型：Helmholtz 模型（a）、Gouy-Chapman 模型（b）和 Stern 模型（c）（IHP 内 Helmholtz 平面和 OHP 外 Helmholtz 平面）Figure 1-2 Electric double-layer models: Helmholtz model (a); Gouy-Chapman model (b)and Stern model (c) (IHP inner Helmholtz plane and OHP outer Helmholtz plane)
大致描述了双电层的形成[15]。Helmhotlz 模型后来由 Gouy 和 Chapman 进行了修正（图 1-2b）[16]。他们认为，荷电固体周围的液体中出现数量相等电荷相反的离子，但这些离子不是平行地附着在固体表面上，其趋向于扩散至液相中并且浓度随着扩散距离的增加而下降，形成一个 Gouy-Chapman 扩散层，扩散层的厚度由离子的动能决定。Gouy 和 Chapman 发展了该扩散层理论，其中靠近固体表面的离子浓度遵循玻尔兹曼分布。但是 Gouy-Chapman 模型在处理高度荷电的双电层时失效，实验测量显示高度荷电的双电层厚度远大于其理论计算值。Gouy-Chapman 模型比 Helmhotlz 模型更接近现实，但其定量应用仍然有限。Stern 进一步修正了 Gouy-Chapman 模型[15]，他指出离子的尺寸是有限的，其限制了离子接近电极表面。Gouy-Chapman 模型中的第一个离子离开电极表面的距离为，但 Stern 模型假定平面中可能存在特定表面吸附离子，这就是所谓的 Ste层。在这个致密层内，离子被强烈地吸附，其中有特定吸附离子（形成内 Helmhol平面）和非特定吸附反离子（形成外 Helmholtz 平面）。总之，为解决 Gouy-Chapm模型扩散层的缺点，Stern 建议将先前的两个模型组合，即形成内部 Stern 层和外部扩散层。
本文编号：2980033
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于多孔电极材料的双电层电容器示意图
4(a) Helmholtz model (b) Gouy-Chapman model (c) Gouy-Chapman-Stern model图 1-2 双电层模型：Helmholtz 模型（a）、Gouy-Chapman 模型（b）和 Stern 模型（c）（IHP 内 Helmholtz 平面和 OHP 外 Helmholtz 平面）Figure 1-2 Electric double-layer models: Helmholtz model (a); Gouy-Chapman model (b)and Stern model (c) (IHP inner Helmholtz plane and OHP outer Helmholtz plane)
大致描述了双电层的形成[15]。Helmhotlz 模型后来由 Gouy 和 Chapman 进行了修正（图 1-2b）[16]。他们认为，荷电固体周围的液体中出现数量相等电荷相反的离子，但这些离子不是平行地附着在固体表面上，其趋向于扩散至液相中并且浓度随着扩散距离的增加而下降，形成一个 Gouy-Chapman 扩散层，扩散层的厚度由离子的动能决定。Gouy 和 Chapman 发展了该扩散层理论，其中靠近固体表面的离子浓度遵循玻尔兹曼分布。但是 Gouy-Chapman 模型在处理高度荷电的双电层时失效，实验测量显示高度荷电的双电层厚度远大于其理论计算值。Gouy-Chapman 模型比 Helmhotlz 模型更接近现实，但其定量应用仍然有限。Stern 进一步修正了 Gouy-Chapman 模型[15]，他指出离子的尺寸是有限的，其限制了离子接近电极表面。Gouy-Chapman 模型中的第一个离子离开电极表面的距离为，但 Stern 模型假定平面中可能存在特定表面吸附离子，这就是所谓的 Ste层。在这个致密层内，离子被强烈地吸附，其中有特定吸附离子（形成内 Helmhol平面）和非特定吸附反离子（形成外 Helmholtz 平面）。总之，为解决 Gouy-Chapm模型扩散层的缺点，Stern 建议将先前的两个模型组合，即形成内部 Stern 层和外部扩散层。
本文编号：2980033
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