水热法制备氮掺杂多孔炭及其在气体吸附/电化学储能中的应用

发布时间：2021-07-26 21:53

　　以椰壳为原料,通过在水热过程中添加尿素直接获得氮掺杂水热炭,再通过CO2活化获得氮掺杂多孔炭.采用扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附脱附、X射线光电子能谱（XPS）、X射线粉末衍射（XRD）对样品的形貌、孔隙结构、元素组成及晶相结构进行表征.作为吸附剂,氮掺杂多孔炭在75℃下对SO₂的饱和吸附容量达到132.4 mg/g,相较于未添加尿素的多孔炭提高了40%;作为电极材料,在三电极测试中1 A/g的电流密度下,比电容达到175.1 F/g,20 A/g下仍有124.6 F/g,20 A/g的电流密度下循环5 000次后,比电容仍保有115.2 F/g.氮掺杂多孔炭由于其简单的工艺流程、廉价易得的原材料以及温和的反应条件,在多个领域展现了其巨大的工业应用潜力. 

【文章来源】：燃烧科学与技术. 2020,26(05)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

从椰壳到氮掺杂多孔炭的合成和结构演变简图

SO2吸附实验系统

图3(a)是原料椰壳颗粒的扫描电镜图片，从图中可以清晰地看到椰壳表面较为平整，同时存在一些微小的孔洞，这些孔洞的存在有利于炭化过程中孔隙结构的进一步发展．图3(b)和图3(c)分别是水热炭化后样品NHC0以及NHC5的扫描电镜图片，可以清晰看到水热过程形成了炭微球结构，椰壳中含有的纤维素水解成多糖，多糖水解为葡萄糖后发生脱水缩合反应生成芳香化合物和低聚物，当反应达到临界过饱和度时，芳香化合物和低聚物进一步脱水形成晶核，最终晶核之间发生相互交联聚合作用形成炭微球．对NHC0和NHC5表面的炭微球进行粒径统计，两者炭微球粒径平均尺寸分别为2.57μm和0.35μm，由此可以看到尿素的加入可以显著地减小炭微球的尺寸，这与前人在葡萄糖水热炭化实验中加入乙二胺导致炭微球尺寸减小结果一致[26]．从后文的XRD分析结果可以看到加入尿素后限制了纤维素的水解，这会导致生成的晶核数量不足，从而不能交联聚合生成粒径较大的炭微球．图3(d)和图3(e)分别是水热炭化后样品NHC5以及CO2活化后样品NPC5的扫描电镜图片，可以看到经过活化后，样品的孔隙得到了进一步的发展．2.1.2 孔隙结构分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]莲杆基活性炭吸附二氧化硫性能研究[J]. 邓淋,俞倩倩,周龙.  化工技术与开发. 2019(02)
[2]甘蔗基活性炭吸附二氧化硫性能研究[J]. 李辉.  湖南有色金属. 2019(01)
[3]燃煤烟气活性炭喷射脱汞应用中给料喷嘴布置优化[J]. 郑逸武,汤红健,段钰锋,金峰.  燃烧科学与技术. 2017(04)
[4]KOH活化木质素制备高比表面积活性炭特性研究（英文）[J]. 肖刚,吴荣兵,周慧龙,倪明江,高翔,岑可法.  燃烧科学与技术. 2014(01)
[5]生物质热解焦吸附模拟烟气中SO2和NO的实验研究[J]. 卢平,陆飞,树童,王秦超.  中国电机工程学报. 2012(35)



本文编号：3304430