生物质多孔炭在气体吸附及电化学储能方面的应用
发布时间：2021-08-03 20:58
多孔炭材料由于高的比表面积、发达的孔结构、良好的导电性、优良的物化稳定性及成本低等特点,使其可以广泛应用于气体吸附、化学储能、催化剂载体等领域。制备多孔炭材料的前驱物有很多种,而生物质资源丰富,绿色无污染,价格低廉,是一种很好的前驱物。因此以生物质为前驱物制备生物质多孔炭材料,可以降低制备成本,实现资源最大化利用。本文中,我们以竹笋壳和大蒜皮两种生物质为碳源分别制备几种高比表面积的多孔炭材料,通过进一步调控生物质多孔炭的结构,使其更加适用于CO2吸附和超级电容器电极材料,并探究多孔炭的结构对CO2吸附和超级电容器性能的影响。本论文的主要研究内容如下:首先,以农业生物废弃物竹笋壳为原料,三聚氰胺为氮源,采用水热炭化后进行KOH活化制备得到N掺杂层次多孔炭。未掺杂N的多孔炭具有高的介孔率和一定量的微孔与合适的比表面积,CO2吸附量在0 oC和25 oC下分别为5.23mmol/g和3.29 mmol/g。掺杂N的多孔炭比表面积最高达到3350 m2/g,介孔主...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界能源消耗统计年鉴对多孔炭材料进一步的研究发现，合适的前驱物和制备方法是制备具有特殊
活化法[55-57]、模板法[45-46]、盐融法[41-42]和溶胶凝胶法[43-44]。多孔炭材料的孔结构可以根据实际需求来调控，根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，可将多孔炭材料中的孔分为三类，包括孔径低于 2 nm 的微孔；孔径介于 2-50 nm的介孔和孔径大于 50 nm 的大孔[58]。如图 1.2 所示，不同的孔结构。一般来说，从多孔炭材料中的孔径大小可将其分为微孔碳、介孔碳、大孔碳和层次多孔碳。不同多孔炭材料孔径大小的差异，导致其结构和性质均有很大的差别，使它们能够在吸附、催化、能源等领域显示出其特有的优势，成为当下的研究热点。
虽然其他的元素含量较少，但是对于生物质多孔炭材料来说至关重要，使材料的应用范围更广。如在生物质多孔炭材料中掺杂 N、P 元素，不仅可以提材料的亲水性，也能提高材料的导电性[20,49,87,115]。目前制备生物质多孔炭的方主要包括高温碳化法、水热法、活化法(物理活化和化学活化法)，还有一些其方法如熔融盐法、有机凝胶碳化法、模板法等。通过不同的生物质前驱物和制方法得到的生物质多孔炭，其结构和组成不尽相同，可以应用在不同的领域。些生物质本身就含有多孔结构及大量的表面官能团，经过简单的物理处理就能接使用。还有一些植物内部含有多孔结构，经过简单的物理及化学处理后仍保着类似的多孔结构，可以用作气体吸附，如竹炭用来净化水和吸附甲醛等；而过化学方法处理后制备的生物质多孔炭，物理和化学性质都有很大的改变，可用于气体吸附与分离[39,64,116-117]、废水处理[118-119]、电化学储能与转化[88,120-121]催化剂载体[122]等领域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于柳絮的生物质活性炭制备及电容性能的研究[J]. 林烨,姚路,吴登鹏,张亚非. 电子元件与材料. 2018(10)
[2]生物质基介孔碳材料制备的研究进展[J]. 王帅,吕丽,沈天若,甘林火. 现代化工. 2018(10)
[3]以杏胡壳为前驱体制备超级电容器炭材料[J]. 何天启,王振,王文春,张康伟,冉奋. 电子元件与材料. 2018(03)
[4]自掺杂氮多孔交联碳纳米片在超级电容器中的应用[J]. 赵婧,龚俊伟,李一举,程魁,叶克,朱凯,闫俊,曹殿学,王贵领. 化学学报. 2018(02)
[5]氯化锌活化生物质炭制备活性炭及其表征[J]. 俞志敏,卫新来,娄梅生,熊鸿斌,吴宗杰,金杰,吴克. 化工进展. 2014(12)
[6]以木质素为碳源的介孔NiO/C复合材料的制备以及在超级电容器中的运用[J]. 陈枫,姚宏斐,周文菁,杨晋涛,钟明强. 科技通报. 2014(03)
[7]基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备[J]. 黄光许,徐冰,谌伦建,张传祥,邢宝林. 煤炭学报. 2012(08)
[8]聚丙烯腈基介孔碳材料的制备与应用研究进展[J]. 杨正龙,汤锋锋,袁俊杰,浦鸿汀,罗智宇,邵启超. 高分子材料科学与工程. 2011(07)
[9]纳米MnO2超级电容器的研究[J]. 张宝宏,张娜. 物理化学学报. 2003(03)
博士论文
[1]锂/钠离子电容器纳米结构电极材料的设计制备及器件构造[D]. 李洪森.南京航空航天大学 2017
硕士论文
[1]高附加值水生植物基多孔炭材料的制备表征及其性能研究[D]. 田忠卫.湘潭大学 2018
[2]掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D]. 杜志玲.燕山大学 2015
[3]电沉积制备钴氢氧化物/氧化物及其储能性能研究[D]. 唐俊.兰州大学 2014
[4]二氧化硅大孔材料的表面改性及应用[D]. 张群.宁波大学 2013
本文编号：3320326
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界能源消耗统计年鉴对多孔炭材料进一步的研究发现，合适的前驱物和制备方法是制备具有特殊
活化法[55-57]、模板法[45-46]、盐融法[41-42]和溶胶凝胶法[43-44]。多孔炭材料的孔结构可以根据实际需求来调控，根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，可将多孔炭材料中的孔分为三类，包括孔径低于 2 nm 的微孔；孔径介于 2-50 nm的介孔和孔径大于 50 nm 的大孔[58]。如图 1.2 所示，不同的孔结构。一般来说，从多孔炭材料中的孔径大小可将其分为微孔碳、介孔碳、大孔碳和层次多孔碳。不同多孔炭材料孔径大小的差异，导致其结构和性质均有很大的差别，使它们能够在吸附、催化、能源等领域显示出其特有的优势，成为当下的研究热点。
虽然其他的元素含量较少，但是对于生物质多孔炭材料来说至关重要，使材料的应用范围更广。如在生物质多孔炭材料中掺杂 N、P 元素，不仅可以提材料的亲水性，也能提高材料的导电性[20,49,87,115]。目前制备生物质多孔炭的方主要包括高温碳化法、水热法、活化法(物理活化和化学活化法)，还有一些其方法如熔融盐法、有机凝胶碳化法、模板法等。通过不同的生物质前驱物和制方法得到的生物质多孔炭，其结构和组成不尽相同，可以应用在不同的领域。些生物质本身就含有多孔结构及大量的表面官能团，经过简单的物理处理就能接使用。还有一些植物内部含有多孔结构，经过简单的物理及化学处理后仍保着类似的多孔结构，可以用作气体吸附，如竹炭用来净化水和吸附甲醛等；而过化学方法处理后制备的生物质多孔炭，物理和化学性质都有很大的改变，可用于气体吸附与分离[39,64,116-117]、废水处理[118-119]、电化学储能与转化[88,120-121]催化剂载体[122]等领域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于柳絮的生物质活性炭制备及电容性能的研究[J]. 林烨,姚路,吴登鹏,张亚非. 电子元件与材料. 2018(10)
[2]生物质基介孔碳材料制备的研究进展[J]. 王帅,吕丽,沈天若,甘林火. 现代化工. 2018(10)
[3]以杏胡壳为前驱体制备超级电容器炭材料[J]. 何天启,王振,王文春,张康伟,冉奋. 电子元件与材料. 2018(03)
[4]自掺杂氮多孔交联碳纳米片在超级电容器中的应用[J]. 赵婧,龚俊伟,李一举,程魁,叶克,朱凯,闫俊,曹殿学,王贵领. 化学学报. 2018(02)
[5]氯化锌活化生物质炭制备活性炭及其表征[J]. 俞志敏,卫新来,娄梅生,熊鸿斌,吴宗杰,金杰,吴克. 化工进展. 2014(12)
[6]以木质素为碳源的介孔NiO/C复合材料的制备以及在超级电容器中的运用[J]. 陈枫,姚宏斐,周文菁,杨晋涛,钟明强. 科技通报. 2014(03)
[7]基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备[J]. 黄光许,徐冰,谌伦建,张传祥,邢宝林. 煤炭学报. 2012(08)
[8]聚丙烯腈基介孔碳材料的制备与应用研究进展[J]. 杨正龙,汤锋锋,袁俊杰,浦鸿汀,罗智宇,邵启超. 高分子材料科学与工程. 2011(07)
[9]纳米MnO2超级电容器的研究[J]. 张宝宏,张娜. 物理化学学报. 2003(03)
博士论文
[1]锂/钠离子电容器纳米结构电极材料的设计制备及器件构造[D]. 李洪森.南京航空航天大学 2017
硕士论文
[1]高附加值水生植物基多孔炭材料的制备表征及其性能研究[D]. 田忠卫.湘潭大学 2018
[2]掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D]. 杜志玲.燕山大学 2015
[3]电沉积制备钴氢氧化物/氧化物及其储能性能研究[D]. 唐俊.兰州大学 2014
[4]二氧化硅大孔材料的表面改性及应用[D]. 张群.宁波大学 2013
本文编号：3320326
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