源于麻杆的木质素基与纤维素基碳材料的制备与电化学性能研究
发布时间：2021-07-13 13:42
随着锂离子电池、超级电容器等新型储能技术的快速发展与普及,人们对于储能设备的成本、可持续性和环境友好性等要求越来越高。生物质衍生碳作为一种潜在的高性能储能材料,由于具有原料来源丰富、成本低廉、化学稳定性好和导电性能优良等特点而被广泛研究。本文分别以麻杆中提取的木质素和纤维素为原料,采用不同的工艺制备了具有特殊形貌的生物质衍生碳材料,并研究了其用作锂离子电池负极材料与超级电容器电极材料的电化学性能。具体内容如下:（1）以麻杆木质素为原料,结合溶剂热法和高温碳化法制备了氮氧共掺杂的木质素衍生碳微球。探究了不同碳化温度对碳微球储锂性能的影响。其中在900℃下碳化得到的碳微球用于锂离子电池负极时表现出最优化的倍率性能和循环性能（2A g-1循环1000次后比容量为546.5 mAh g-1）。（2）以麻杆木质素为原料,经氨基苯酚酚化预处理后结合前述碳化工艺制备了高含氮量（3.09at.%）、高比表面积（540.05m2 g-1）和异质结构（蜂窝状碳骨架担载单分散碳微球）的功能化碳材料。于800℃碳化的最优化样品用于锂离子电池负极材料时,0.1A g-1电流密度下可逆容量达860.5 mAh g...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２麻杆实物图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｈｅｍｐ??ＧＢ５８８９－８６苎麻化成分定量分析方法，对不同地区生产的汉麻杆的组成??
物高聚物ｔ７＇尽管木质素??具有价格便宜、高碳含量，高热稳定性，生物降解性，抗氧化活性和良好的硬度等优??点【７８＾】，但商业价值并未能被充分开发，据估计，在造纸工业中，每年因提取纤维素??而产生的木质素超过７０００万吨，而其中只有不到２％被用作混凝土添加剂、稳定剂、??分散剂和表面活性剂１８１，８２］，其余部分都作为废弃物直接丢掉或者焚烧殆荆因此，开??发新的木质素应用领域迫在眉睫。??木质素主要是基于芳香单元的生物共聚物，从其结构单元组成上看可以把它归源??于三个醇类前驱体（如图１－３所示），分别是对羟基肉桂醇，（又称香豆醇），在木质素??聚合物形成阶段产生对羟基苯酚单元；４－羟基－３－甲氧基肉桂醇（又称松柏醇），产生愈??创木基单元；３，?５－二甲氧基－４－对羟基肉桂醇（又称芥子醇），产生紫丁香基单元［８３】。??三种结构单元相互交联共聚产生了结构迥异、没有旋光性、交叉连接且分散度较高的??高分子聚合物，这也导致了木质素本身没有特定的结构，且不同植株生成的木质素结??构相差很大。有研究表明，大多数裸子植物的木质素主要由愈创木基结构单元构成，??而大多数被子植物则是主要由紫丁香结构和愈创木单元组合而成。??＾ＶＸＡＡ．?ｌＡｆｔＡＡ＊??？５?參。ｃＨ，—伞＿??ｏｙ?〇ｙ?°ｙ??／＞Ｃｏｕｍａｒ＞！?Ａｌｃｏｈｏｌ?Ｃｏａｉｆｃｒｙ?Ａｉｃｏｈｏｌ?Ｓｉｎａｐｙ！?Ａｌｃｏｈｏｌ??Ｖ?Ｖ?Ｖ??ｐ＊Ｈｙｄｒｏｘｖｐｈｃｔｔ＞！?Ｕｎｉｉ?Ｇｕｄａｃｙｌ?Ｕｎｉｔ?Ｓｉｎａｐｙｌ?Ｕｎｉｔ??图１－３木质素的基本结构单元??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｕｎｉｔ?ｏｆ?ｌ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸活化法制备活性炭综述（Ⅰ）——磷酸的作用机理[J]. 左宋林. 林产化学与工业. 2017(03)
[2]木质素酚羟基含量提高方法研究进展[J]. 张帆,黄平平,郭明辉. 西南林业大学学报. 2014(06)
[3]XRD分峰法测定天然纤维素结晶度的研究[J]. 刘治刚,高艳,金华,于世华. 中国测试. 2015(02)
[4]大规模电化学储能系统发展现状及示范应用综述[J]. 许守平,李相俊,惠东. 电力建设. 2013(07)
[5]三种不同来源木质素的结构分析[J]. 郑秋闿,董庆顺. 潍坊学院学报. 2011(06)
[6]高温热处理对高比表面积活性炭孔结构及电极性能的影响[J]. 叶冉,詹亮,乔文明,梁晓怿,凌立成. 中国科技论文在线. 2009(06)
博士论文
[1]植物基分级多孔炭的制备及其超级电容器性能研究[D]. 郭楠楠.北京化工大学 2018
[2]植物麻杆基和胶原基生物质多孔炭的制备、表征及性能研究[D]. 王勇.北京化工大学 2015
硕士论文
[1]生物质基炭材料的制备及其电化学性能研究[D]. 郭莎莎.北京化工大学 2018
本文编号：3282168
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２麻杆实物图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｈｅｍｐ??ＧＢ５８８９－８６苎麻化成分定量分析方法，对不同地区生产的汉麻杆的组成??
物高聚物ｔ７＇尽管木质素??具有价格便宜、高碳含量，高热稳定性，生物降解性，抗氧化活性和良好的硬度等优??点【７８＾】，但商业价值并未能被充分开发，据估计，在造纸工业中，每年因提取纤维素??而产生的木质素超过７０００万吨，而其中只有不到２％被用作混凝土添加剂、稳定剂、??分散剂和表面活性剂１８１，８２］，其余部分都作为废弃物直接丢掉或者焚烧殆荆因此，开??发新的木质素应用领域迫在眉睫。??木质素主要是基于芳香单元的生物共聚物，从其结构单元组成上看可以把它归源??于三个醇类前驱体（如图１－３所示），分别是对羟基肉桂醇，（又称香豆醇），在木质素??聚合物形成阶段产生对羟基苯酚单元；４－羟基－３－甲氧基肉桂醇（又称松柏醇），产生愈??创木基单元；３，?５－二甲氧基－４－对羟基肉桂醇（又称芥子醇），产生紫丁香基单元［８３】。??三种结构单元相互交联共聚产生了结构迥异、没有旋光性、交叉连接且分散度较高的??高分子聚合物，这也导致了木质素本身没有特定的结构，且不同植株生成的木质素结??构相差很大。有研究表明，大多数裸子植物的木质素主要由愈创木基结构单元构成，??而大多数被子植物则是主要由紫丁香结构和愈创木单元组合而成。??＾ＶＸＡＡ．?ｌＡｆｔＡＡ＊??？５?參。ｃＨ，—伞＿??ｏｙ?〇ｙ?°ｙ??／＞Ｃｏｕｍａｒ＞！?Ａｌｃｏｈｏｌ?Ｃｏａｉｆｃｒｙ?Ａｉｃｏｈｏｌ?Ｓｉｎａｐｙ！?Ａｌｃｏｈｏｌ??Ｖ?Ｖ?Ｖ??ｐ＊Ｈｙｄｒｏｘｖｐｈｃｔｔ＞！?Ｕｎｉｉ?Ｇｕｄａｃｙｌ?Ｕｎｉｔ?Ｓｉｎａｐｙｌ?Ｕｎｉｔ??图１－３木质素的基本结构单元??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｕｎｉｔ?ｏｆ?ｌ
５．６??ＨＣ－２００－１０?２００?１０?２?８００?２?４０．０??ＨＣ－２２０－１０?２００?１０?２?８００?２?２９．４??ＨＣ－１８０－６?１８０?６?２?８００?２?３８．１??ＨＣ－１８０－１０?１８０?１０?２?８００?２?３５．６??ＨＣ－１８０－１６?１８０?１６?２?８００?２?２７．０??ＨＣ－１８０－１８?１８０?１８?２?８００?２?３４．５??２．４实验流程图??制备工艺流程图如图２－１所示。??碳嫌關駆体?木庙賊微球????＾?ｊ??Ｓｄ?＾?Ｍ．??欄＇?＾?＞〇?＾??麻ｍｆ维索?水热雄?纤维素多孔確??图２－１麻杆基碳材料制备工艺流程图??Ｆｉｇ．２－１?Ｐｒｏｃｅｓｓ?ｄｉａｇｒａｍ?ｆｏｒ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｅｍｐ－ｂａｓｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸活化法制备活性炭综述（Ⅰ）——磷酸的作用机理[J]. 左宋林. 林产化学与工业. 2017(03)
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[3]XRD分峰法测定天然纤维素结晶度的研究[J]. 刘治刚,高艳,金华,于世华. 中国测试. 2015(02)
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[5]三种不同来源木质素的结构分析[J]. 郑秋闿,董庆顺. 潍坊学院学报. 2011(06)
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博士论文
[1]植物基分级多孔炭的制备及其超级电容器性能研究[D]. 郭楠楠.北京化工大学 2018
[2]植物麻杆基和胶原基生物质多孔炭的制备、表征及性能研究[D]. 王勇.北京化工大学 2015
硕士论文
[1]生物质基炭材料的制备及其电化学性能研究[D]. 郭莎莎.北京化工大学 2018
本文编号：3282168
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