基于超交联多孔聚合物制备多孔碳及其吸附性能研究
发布时间：2021-03-19 15:36
因具有较大的比表面积和大的孔体积,最近几年,多孔材料引起了人们研究的热潮,已被应用于包括环境、储能等的多个领域。其中多孔碳材料具有大的比表面积、丰富的孔洞和易于制备的优点而受到热切的关注,并在气体捕获、挥发性碘和有机染料吸附等方面表现出优异的性能。多孔碳材料除了碳骨架外,还可以引入氧、氮、硫等杂原子,使其具有更为综合优异的性能。本论文用合成超交联多孔聚合物作为前驱体,利用KOH活化碳化的方法制备了掺杂氧、氮、硫等杂原子的多孔碳。首先选用萘的衍生物（2-萘酚、2-甲氧基萘、2,3-羟基萘、1,1’-联二萘酚）为单体,利用Friedel-Crafts反应合成了超交联多孔聚合物,以之为前驱体,通过KOH活化碳化的方法制备了多孔碳。发现其比表面积在944 m2 g-1和2755 m2 g-1之间,具有高微孔率。其中CHPN-3能够达到739.1 wt%的碘蒸气捕获和从碘/环己烷溶液中吸附碘能够达到254 mg g-1;以及从水溶液中吸附孔雀石绿的容量能够达到862...
【文章来源】：福建师范大学福建省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图0-1掺杂氧元素多孔碳材料的合成过程
绪论3图0-2掺杂氮元素多孔碳材料的制备过程。一般来说，低成本的材料中含有高含量的碳和少量的无机物是良好的制备活性碳的前体，与人工模板和前体相比，许多天然材料通常是丰富、可再生、便宜和对环境无害的，利用天然生物成分构建碳材料已受到广泛关注[29-31]。从这些低价值的碳源中培育出高质量的碳材料，开辟了将废旧碳源转化为高附加值产品的有效途径。此外，生物质是一种无与伦比的可再生资源，据报道有一百多个世界上每年生产十亿公吨的生物量，来源丰富。由生物质引入杂原子，作为掺杂杂原子多孔碳材料的前驱体是十分有意义的。Wei等人[32]以小麦秸秆为原料，以氯化钙为活化剂，三聚氰胺为氮源，采用一种简单、经济、可持续的方法制备氮掺杂层状多孔碳（N-HC）。然后碳化形成氮掺杂多孔碳（N-HC-X，X表示温度）。N-HC-800在0.2Ag-1时的比电容为275Fg-1，在8Ag-1时的电容保留率为81%。此外，即使在电流密度下，它也表现出优异的电化学性能且具有良好的循环稳定性（10000次周期循环后电容保持率超过97%）。这些发现表明，小麦秸秆可制备电容性秸秆碳材料用于储能装置，利用小麦秸秆代替露天焚烧是一种环保及具有成本效益的回收方法。Wang等人[33]利用九重葛生物废料（三角梅）制备高性能SCs多孔碳纳米片，如图0-3所示。九重葛因为它的苞片薄而像纸质有时被称为“纸花（PF）”。从九重葛植株上脱落后采集，将洗后的PFs磨成小颗粒（<2.0mm），经碳化及活化后置于管状炉中生成产物（PFC）。一般情况下，将PFs浸渍在100mlZnCl2水溶液中，质量比ZnCl2:PFs=3:1，浸渍24h后，将PFs置于微波炉下（100C）持续了6h。获得像浆泥一样的碳材料，用3M盐酸和去离子水彻底清洗（直到PH值到中性），然后在100C干燥2h。随后，PFs碳产物被放置在管式炉在N2气氛
福建师范大学江煌硕士学位论文4多孔碳电极（PFC-800）在电流密度为1Ag-1时的比电容为118Fg-1，在电流密度为12Ag-1时的比电容为91.2Fg-1。特别是PFC-800，在充放电10000次后，电容保持率为97.4%。这可能是由于特殊的微/介孔性质和高比表面积（SBET=1801m2g-1），这种多孔性可以成为一种有前途的电化学超级电容器电极材料。同时对日落黄（SY）的最大吸附量为273.6mgg-1，这是跟碳的大比表面积（SBET=1801m2g1）、氢键、π-π电子、静电相互作用有关。因此，纸花碳（PFC）可成为电极材料，以及作为去除水污染物的候选材料。图0-3PFC碳的制备方法及用途。0.2.2掺杂金属多孔碳材料以往的研究结果表明，单原子或双原子掺杂氮、硫、磷、硼等均能显著改善碳质材料的性能。除掺杂原子之外，研究学者们发现掺杂了金属的多孔碳也具有优异的性能。如图0-4所示[34]，使用PAQTA（近年来，一种独特的由蒽醌胺和三苯胺组成的CMP，即具有20wt%N和O原子的PAQTA[35]）作为前体，将钴纳米颗粒包封在N掺杂的碳中（CoNOCs）。主要是通过Co(acac)2（钴来源）浸渍PAQTA来制备前驱体然后在N2氛围及四种温度下分别热解（700、800、900和1000C）得到碳材料CoNOC-x（x表示温度），最后用磺酸蚀刻（图0-4a-b）。为了做对比还制备了NOC-900，是在没有用Co(acac)2浸渍的情况下制备的，即PAQTA为前体，在N2氛围900C温度下热解制备的无金属掺杂的多孔碳。经过表征及性能测试后结果是
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿物油-天然酯混合绝缘油减缓绝缘纸热老化速率机理的XPS研究[J]. 廖瑞金,尹建国,杨丽君,梁帅伟,郝建. 电工技术学报. 2011(10)
本文编号：3089808
【文章来源】：福建师范大学福建省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图0-1掺杂氧元素多孔碳材料的合成过程
绪论3图0-2掺杂氮元素多孔碳材料的制备过程。一般来说，低成本的材料中含有高含量的碳和少量的无机物是良好的制备活性碳的前体，与人工模板和前体相比，许多天然材料通常是丰富、可再生、便宜和对环境无害的，利用天然生物成分构建碳材料已受到广泛关注[29-31]。从这些低价值的碳源中培育出高质量的碳材料，开辟了将废旧碳源转化为高附加值产品的有效途径。此外，生物质是一种无与伦比的可再生资源，据报道有一百多个世界上每年生产十亿公吨的生物量，来源丰富。由生物质引入杂原子，作为掺杂杂原子多孔碳材料的前驱体是十分有意义的。Wei等人[32]以小麦秸秆为原料，以氯化钙为活化剂，三聚氰胺为氮源，采用一种简单、经济、可持续的方法制备氮掺杂层状多孔碳（N-HC）。然后碳化形成氮掺杂多孔碳（N-HC-X，X表示温度）。N-HC-800在0.2Ag-1时的比电容为275Fg-1，在8Ag-1时的电容保留率为81%。此外，即使在电流密度下，它也表现出优异的电化学性能且具有良好的循环稳定性（10000次周期循环后电容保持率超过97%）。这些发现表明，小麦秸秆可制备电容性秸秆碳材料用于储能装置，利用小麦秸秆代替露天焚烧是一种环保及具有成本效益的回收方法。Wang等人[33]利用九重葛生物废料（三角梅）制备高性能SCs多孔碳纳米片，如图0-3所示。九重葛因为它的苞片薄而像纸质有时被称为“纸花（PF）”。从九重葛植株上脱落后采集，将洗后的PFs磨成小颗粒（<2.0mm），经碳化及活化后置于管状炉中生成产物（PFC）。一般情况下，将PFs浸渍在100mlZnCl2水溶液中，质量比ZnCl2:PFs=3:1，浸渍24h后，将PFs置于微波炉下（100C）持续了6h。获得像浆泥一样的碳材料，用3M盐酸和去离子水彻底清洗（直到PH值到中性），然后在100C干燥2h。随后，PFs碳产物被放置在管式炉在N2气氛
福建师范大学江煌硕士学位论文4多孔碳电极（PFC-800）在电流密度为1Ag-1时的比电容为118Fg-1，在电流密度为12Ag-1时的比电容为91.2Fg-1。特别是PFC-800，在充放电10000次后，电容保持率为97.4%。这可能是由于特殊的微/介孔性质和高比表面积（SBET=1801m2g-1），这种多孔性可以成为一种有前途的电化学超级电容器电极材料。同时对日落黄（SY）的最大吸附量为273.6mgg-1，这是跟碳的大比表面积（SBET=1801m2g1）、氢键、π-π电子、静电相互作用有关。因此，纸花碳（PFC）可成为电极材料，以及作为去除水污染物的候选材料。图0-3PFC碳的制备方法及用途。0.2.2掺杂金属多孔碳材料以往的研究结果表明，单原子或双原子掺杂氮、硫、磷、硼等均能显著改善碳质材料的性能。除掺杂原子之外，研究学者们发现掺杂了金属的多孔碳也具有优异的性能。如图0-4所示[34]，使用PAQTA（近年来，一种独特的由蒽醌胺和三苯胺组成的CMP，即具有20wt%N和O原子的PAQTA[35]）作为前体，将钴纳米颗粒包封在N掺杂的碳中（CoNOCs）。主要是通过Co(acac)2（钴来源）浸渍PAQTA来制备前驱体然后在N2氛围及四种温度下分别热解（700、800、900和1000C）得到碳材料CoNOC-x（x表示温度），最后用磺酸蚀刻（图0-4a-b）。为了做对比还制备了NOC-900，是在没有用Co(acac)2浸渍的情况下制备的，即PAQTA为前体，在N2氛围900C温度下热解制备的无金属掺杂的多孔碳。经过表征及性能测试后结果是
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿物油-天然酯混合绝缘油减缓绝缘纸热老化速率机理的XPS研究[J]. 廖瑞金,尹建国,杨丽君,梁帅伟,郝建. 电工技术学报. 2011(10)
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