蒲草三维多孔炭材料制备及吸附和电化学性能研究
发布时间：2022-02-14 12:07
传统三维多孔炭材料的制备多以煤为原料,灰分含量一般较高,限制介孔的形成。而生物质基三维多孔炭材料所用原料多为农林业废弃物,由于其来源广泛,价格低廉,产量丰富,成为当前研究热点。蒲草属于多年生草本植物,种植面积广泛,生长迅速。蒲草叶作为蒲草的主要部分其横切面为半圆形,细胞间隙大,呈蜂窝状。由此可见,它的特殊内部结构有利于三维多孔炭材料孔结构的形成。虽然国内外学者对生物质基三维多孔炭材料的研究不断深入,但是目前对于蒲草叶基三维多孔炭材料的研究涉及较少。本文以蒲草叶作为碳源,通过KOH活化法（KPC-X-Y）、CO2活化法（CPC-X-Y）、纤维素酶活化法（CellPC）和白腐真菌活化法（WRFPC）制备三维多孔炭材料。具体研究内容如下:（1）将蒲草叶作为吸附剂,比表面积为10.08 m2·g-1,平均孔径为6.1 nm。通过单因素实验,吸附容量最优确定了吸附剂的最佳投加量为0.25 g,溶液浓度为50 mg·L-1,吸附时间为12h,吸附环境为中性,吸附过程是自发的放热过程。（2）利用传统活化法制备三维多孔炭材料,其中KOH活化法制备的三维多孔炭材料比表面积为1546.56 m2·g-1,...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）和（ｂ）硬模板法制备三维多孔炭材料示意图；（ｃ）软模板法制备三维多孔炭材料示??意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒ?
１绪论??黄色，趁热过滤后用ＨＣ１溶液和去离子水洗涤直到滤液中无Ｓ〇４２？存在。王莎等［１８］以木??薯秸秆为原料，利用Ｈｕｍｍｅｒｓ法制备了三维多孔炭材料，图１－２?（ｂ）和（ｃ）展示了所??制备材料的表面形貌，活化过程可以产生许多大小不一的孔结构，有利于传质扩散。氧??化－剥离－还原的过程可以使原本不可溶的碳源材料在水中变得可加工，整个过程简单易??操作，但是浓硝酸的使用使其安全性降低，污染较大。??＿翻１１??图１－２?（ａ）富勒烯基三维多孔炭材料；（ｂ）原始木薯秸秆三维多孔炭材料；（ｃ）氧化木薯秸秆??三维多孔炭材料??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?（ａ）?Ｃ６〇－ｂａｓｅｄ?３Ｄ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ；?（ｂ）?ｒａｗ?ｔａｐｉｏｃａ?ｓｔａｌｋｓ?ｂａｓｅｄ?３Ｄ??ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ；?（ｃ）?ｏｘｉｄｉｚｅｄ?ｔａｐｉｏｃａ?ｓｔａｌｋｓ?ｂａｓｅｄ?３Ｄ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ??１．１．２．４溶胶雛法??溶胶凝胶法是将高分子化合物在液相中混合均匀形成胶体，接着将胶体静置陈化形??成三维网络结构，去除溶剂后，干燥炭化制备成三维多孔炭材料。Ｌｉｕ［１９］以玉米淀粉为??原料，采用溶胶凝胶法制备的三维网状多孔炭比表面积为１５３５?ｎｖ＾ｇ１，其中三维网状多??孔结构可以相互连通不同直径的孔隙，这种结构有利于离子的快速渗透。ＸｋｏｔＭ采用溶??胶凝胶法制备了具有均匀结构和形貌的氮掺杂多孔炭材料，比表面积为７４０?ｍ２；－１，孔??隙体积为０．９６?ｃｎ＾ｇ－１。溶胶凝胶法制备出的三维多孔炭材料虽然比表面积高、导电性能??
?东北林业大学硕士学位论文???外的ｃｏ２不同，生物质燃烧被认为是一种碳中和过程，因为释放的Ｃ〇２来源于植物在??光合作用中吸收的ｃｏ２，并没有产生新的ｃｏ２，减弱温室效应，保护环境。??１＿２．１生物质资源制备三维多孔炭材料的优势??生物质含有不同矿物质元素，具有三维立体的空间网状内部结构。比如木材纤维素??的层状结构（如图１－３），它是由葡萄糖单元通过１，４－Ｐ－糖苷键链接组成的线性链，这些??线性链可以平行排列以形成原纤维结构，其通过氢键组成纤维网络。基本原纤维进一步??组装成长度大于２００?ｎｍ，直径在５到１５?ｎｍ之间的微纤维和微纤维束［２４１这种分层结??构在纤维内形成中孔，而将木材进行炭化活化制备的炭材料通常会保留其本身特有的结??构，所制备的炭材料具有孔隙发达，比表面积大的特征。自然界中每一种生物质都是独??特的，因此不同生物质炭化后得到的多孔炭材料的微观结构和形态也是独特的。此外，??三维多孔炭材料的结构性能还与所用生物质本身含有的元素有关，除常见的碳元素外，??生物质还含有〇，?Ｓ，Ｎ等元素，并且原位极性元素可与Ｃ元素以化学键的形式结合形??成各种极性官能团，它对三维多孔炭材料的吸附性能和电化学性能有着重要影响。??ａ?ｗ〇〇ｄ?ｂ—产上?＼?％?＾??一心?°＾２０?Ｓ〇Ｍｍ?ＭｉｃｒｏｆｉＭＢｕｎｄｊｅ??ｐ－ｓ?，０ｎｍ?Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ?Ｆｉｂｒｉｌ??｜Ｃ５＇５??图１－３?（ａ）木材纤维素的层状结构；（ｂ）微纤维的ＳＥＭ图；（ｃ）云杉纤维的ＳＥＭ图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?（ａ）?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｒｏｍ?ｗｏｏｄ；?
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素/Fenton污泥基磁性活性炭对亚甲基蓝和苯酚吸附特性的研究[J]. 陈丽群,张红杰,朱荣耀,王慧,张健,张文晖. 中国造纸. 2020(05)
[2]改性活性炭对亚甲基蓝的吸附性能及机理[J]. 姜侠,王冠,刘振华,王自强,王攀峰. 水处理技术. 2020(06)
[3]HNO3和γ-Fe2O3改性椰壳活性炭吸附性能研究[J]. 赵思孟,黄帮福,刘兰鹏,赵宏伟,刘维赛,刘弘伟,潘春雷. 粉末冶金技术. 2020(02)
[4]海藻酸钙-二氧化硅杂化材料的制备及对Cu（Ⅱ）吸附性能[J]. 曹仕文,张鸿,孟驰涵,邹新全,周炜东,郭静. 高分子材料科学与工程. 2020(02)
[5]污泥液化生物炭对亚甲基蓝的吸附特性及机理[J]. 潘紫倩,黄华军,何小武,肖晓峰,王佳欣,李凯,杨唐仪. 中国环境科学. 2020(01)
[6]磁性氧化石墨烯的制备及其对亚甲基蓝吸附性能研究[J]. 单凤君,李淼,田俊平. 化工新型材料. 2020(01)
[7]有序介孔碳修饰电极的制备及电化学检测赛庚啶[J]. 樊静静,周正元,李燕梅,程昊. 广西科技大学学报. 2020(01)
[8]污水混凝土构筑物表层混凝土腐蚀深度表征方法研究[J]. 樊俊江. 新型建筑材料. 2019(12)
[9]Fe3O4/C磁性多孔碳材料的制备及其对品红的吸附[J]. 周卓奇,李冉,付记亚,袁金芳. 化学研究. 2019(05)
[10]藕杆生物质碳的制备及应用[J]. 赵稳,李莹莹,付争兵. 湖北工程学院学报. 2019(06)
硕士论文
[1]生物质多孔碳制备及其改性硫正极电化学性能研究[D]. 徐红.西安理工大学 2019
[2]镍基硫化物的纳米建构及电化学性能研究[D]. 李燕红.烟台大学 2019
[3]以木糖渣为原料的生物炭制备及其电化学和吸附性能研究[D]. 万圆.哈尔滨工业大学 2018
[4]用于染料废水处理的光催化/吸附材料的制备及性能研究[D]. 罗艳梅.西南大学 2018
[5]生物质碳材料的制备及在染料废水处理中的应用[D]. 赵亚雄.宁夏大学 2017
[6]雷州蒲草种植与蒲织传统技艺研究[D]. 高诚苗.华南农业大学 2016
[7]改性豆渣对污水中染料物质的吸附研究[D]. 叶琳.西南大学 2014
本文编号：3624524
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）和（ｂ）硬模板法制备三维多孔炭材料示意图；（ｃ）软模板法制备三维多孔炭材料示??意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒ?
１绪论??黄色，趁热过滤后用ＨＣ１溶液和去离子水洗涤直到滤液中无Ｓ〇４２？存在。王莎等［１８］以木??薯秸秆为原料，利用Ｈｕｍｍｅｒｓ法制备了三维多孔炭材料，图１－２?（ｂ）和（ｃ）展示了所??制备材料的表面形貌，活化过程可以产生许多大小不一的孔结构，有利于传质扩散。氧??化－剥离－还原的过程可以使原本不可溶的碳源材料在水中变得可加工，整个过程简单易??操作，但是浓硝酸的使用使其安全性降低，污染较大。??＿翻１１??图１－２?（ａ）富勒烯基三维多孔炭材料；（ｂ）原始木薯秸秆三维多孔炭材料；（ｃ）氧化木薯秸秆??三维多孔炭材料??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?（ａ）?Ｃ６〇－ｂａｓｅｄ?３Ｄ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ；?（ｂ）?ｒａｗ?ｔａｐｉｏｃａ?ｓｔａｌｋｓ?ｂａｓｅｄ?３Ｄ??ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ；?（ｃ）?ｏｘｉｄｉｚｅｄ?ｔａｐｉｏｃａ?ｓｔａｌｋｓ?ｂａｓｅｄ?３Ｄ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ??１．１．２．４溶胶雛法??溶胶凝胶法是将高分子化合物在液相中混合均匀形成胶体，接着将胶体静置陈化形??成三维网络结构，去除溶剂后，干燥炭化制备成三维多孔炭材料。Ｌｉｕ［１９］以玉米淀粉为??原料，采用溶胶凝胶法制备的三维网状多孔炭比表面积为１５３５?ｎｖ＾ｇ１，其中三维网状多??孔结构可以相互连通不同直径的孔隙，这种结构有利于离子的快速渗透。ＸｋｏｔＭ采用溶??胶凝胶法制备了具有均匀结构和形貌的氮掺杂多孔炭材料，比表面积为７４０?ｍ２；－１，孔??隙体积为０．９６?ｃｎ＾ｇ－１。溶胶凝胶法制备出的三维多孔炭材料虽然比表面积高、导电性能??
?东北林业大学硕士学位论文???外的ｃｏ２不同，生物质燃烧被认为是一种碳中和过程，因为释放的Ｃ〇２来源于植物在??光合作用中吸收的ｃｏ２，并没有产生新的ｃｏ２，减弱温室效应，保护环境。??１＿２．１生物质资源制备三维多孔炭材料的优势??生物质含有不同矿物质元素，具有三维立体的空间网状内部结构。比如木材纤维素??的层状结构（如图１－３），它是由葡萄糖单元通过１，４－Ｐ－糖苷键链接组成的线性链，这些??线性链可以平行排列以形成原纤维结构，其通过氢键组成纤维网络。基本原纤维进一步??组装成长度大于２００?ｎｍ，直径在５到１５?ｎｍ之间的微纤维和微纤维束［２４１这种分层结??构在纤维内形成中孔，而将木材进行炭化活化制备的炭材料通常会保留其本身特有的结??构，所制备的炭材料具有孔隙发达，比表面积大的特征。自然界中每一种生物质都是独??特的，因此不同生物质炭化后得到的多孔炭材料的微观结构和形态也是独特的。此外，??三维多孔炭材料的结构性能还与所用生物质本身含有的元素有关，除常见的碳元素外，??生物质还含有〇，?Ｓ，Ｎ等元素，并且原位极性元素可与Ｃ元素以化学键的形式结合形??成各种极性官能团，它对三维多孔炭材料的吸附性能和电化学性能有着重要影响。??ａ?ｗ〇〇ｄ?ｂ—产上?＼?％?＾??一心?°＾２０?Ｓ〇Ｍｍ?ＭｉｃｒｏｆｉＭＢｕｎｄｊｅ??ｐ－ｓ?，０ｎｍ?Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ?Ｆｉｂｒｉｌ??｜Ｃ５＇５??图１－３?（ａ）木材纤维素的层状结构；（ｂ）微纤维的ＳＥＭ图；（ｃ）云杉纤维的ＳＥＭ图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?（ａ）?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｒｏｍ?ｗｏｏｄ；?
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素/Fenton污泥基磁性活性炭对亚甲基蓝和苯酚吸附特性的研究[J]. 陈丽群,张红杰,朱荣耀,王慧,张健,张文晖. 中国造纸. 2020(05)
[2]改性活性炭对亚甲基蓝的吸附性能及机理[J]. 姜侠,王冠,刘振华,王自强,王攀峰. 水处理技术. 2020(06)
[3]HNO3和γ-Fe2O3改性椰壳活性炭吸附性能研究[J]. 赵思孟,黄帮福,刘兰鹏,赵宏伟,刘维赛,刘弘伟,潘春雷. 粉末冶金技术. 2020(02)
[4]海藻酸钙-二氧化硅杂化材料的制备及对Cu（Ⅱ）吸附性能[J]. 曹仕文,张鸿,孟驰涵,邹新全,周炜东,郭静. 高分子材料科学与工程. 2020(02)
[5]污泥液化生物炭对亚甲基蓝的吸附特性及机理[J]. 潘紫倩,黄华军,何小武,肖晓峰,王佳欣,李凯,杨唐仪. 中国环境科学. 2020(01)
[6]磁性氧化石墨烯的制备及其对亚甲基蓝吸附性能研究[J]. 单凤君,李淼,田俊平. 化工新型材料. 2020(01)
[7]有序介孔碳修饰电极的制备及电化学检测赛庚啶[J]. 樊静静,周正元,李燕梅,程昊. 广西科技大学学报. 2020(01)
[8]污水混凝土构筑物表层混凝土腐蚀深度表征方法研究[J]. 樊俊江. 新型建筑材料. 2019(12)
[9]Fe3O4/C磁性多孔碳材料的制备及其对品红的吸附[J]. 周卓奇,李冉,付记亚,袁金芳. 化学研究. 2019(05)
[10]藕杆生物质碳的制备及应用[J]. 赵稳,李莹莹,付争兵. 湖北工程学院学报. 2019(06)
硕士论文
[1]生物质多孔碳制备及其改性硫正极电化学性能研究[D]. 徐红.西安理工大学 2019
[2]镍基硫化物的纳米建构及电化学性能研究[D]. 李燕红.烟台大学 2019
[3]以木糖渣为原料的生物炭制备及其电化学和吸附性能研究[D]. 万圆.哈尔滨工业大学 2018
[4]用于染料废水处理的光催化/吸附材料的制备及性能研究[D]. 罗艳梅.西南大学 2018
[5]生物质碳材料的制备及在染料废水处理中的应用[D]. 赵亚雄.宁夏大学 2017
[6]雷州蒲草种植与蒲织传统技艺研究[D]. 高诚苗.华南农业大学 2016
[7]改性豆渣对污水中染料物质的吸附研究[D]. 叶琳.西南大学 2014
本文编号：3624524
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3624524.html
教材专著
