稻壳基石墨烯的制备及其生态性能分析

发布时间：2021-03-03 02:20

　　本文采用农业废弃物稻壳作为原材料通过高温碳化、碱性工艺以及KOH高温活化工艺制备出了多层石墨烯,并对所制得的稻壳基石墨烯（GRH）的最佳工艺进行研究。通过探究稻壳的不同的碳化温度与KOH的掺量对所制备的GRH的孔结构的影响,得出GRH的最佳制备工艺。氮吸附分析测试BET的表征结果表明,碱法制备稻壳基石墨烯的最佳工艺参数为:碳化温度600℃煅烧2h、升温速率20℃/min,KOH与RHC质量比为5在900℃下埋烧2h的条件下所制备的稻壳基石墨烯（GRH）具有最优的比表面积,孔容和孔径分布。通过X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱（Raman）、和傅里叶红外光谱（FTIR）手段对GRH进行了微观结构的表征。研究结果显示:GRH的拉曼光谱图中出现了2D峰,且D峰峰高较G峰小,说明GRH为具有一定的缺陷的多层石墨烯。GRH的X射线衍射图中出现了石墨烯的（002）晶面的特征衍射峰。通过GRH的傅里叶红外光谱图表征其中具有石墨烯特征的碳碳双键骨架振动峰。GRH的微观结构分析表明其具有多层石墨烯的结构特征。利用生命周期评价（LCA）评估了GRH的生态性能,即GRH的能量消耗（EE）,二氧化碳排放（ECO... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

石墨烯微观结构示意图[19]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-1石墨烯微观结构示意图[19]图1-2石墨烯与其他碳纳米材料的关系图[20]1.3.2石墨烯性质由于石墨烯的结构十分独特，因此它有很多优越的特性。目前，单层石墨烯是人们发现最薄的材料，只有一个碳原子的厚度（0.35nm）[21]；由于稳定的正六边形晶格组成了石墨烯，因而它具的电学性能十分优异。石墨烯中的电子可以在其轨道上自由移动，不会由于一些外来的原子或者晶格缺陷产生电子散射。石墨烯原子之间的作用力很强，导致其中的电子几乎不生成热量，并且几乎不受到干扰，因此它的导电效率较高。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-CO2，在这个过程中CO2气体会发生瞬间膨胀从而成功剥离石墨制得石墨烯。Hernandez等[30]研究了溶剂表面能和制备石墨烯效率的关系，得出：只有在溶剂表面的净能量损耗很小的条件下，石墨烯才能成功的从石墨中剥离出来。液相或气相直接剥离法的全过程都不产生化学反应，都在物理作用下进行，这使制得的产物表面不易有缺陷形成，因此，这种方法制得的石墨烯具有特别高的质量，可以用于高性能电子器件；但此方法的缺点是成本较高，且产率很低，工业化大批量生产较为困难。碳纳米管可以被认为是石墨烯弯曲形成的管状结构。碳纳米管轴向切割法的原料是碳纳米管，是一种生产石墨烯的新方法，不同长度、不同管径的碳纳米管可以生成不同面积大小的石墨烯。Dai等[31]利用氩等离子体处理涂有PMMA的碳纳米管薄膜，以打开多壁碳纳米管的链并形成石墨烯带，如图1-3所示。然后，多壁碳纳米管的气相氧化产生高质量的多层石墨烯纳米带，其边缘光滑且缺陷少，并且所制得的石墨烯具有高电导率与高电子迁移率。碳纳米管的轴向切割方法使用碳纳米管作为原料，在生产石墨烯的时间和经济成本方面没有优势，并且对设备和装置的要求很高，因此难以大量生产。图1-3碳纳米管制备石墨烯工艺流程图[31]


本文编号：3060404