發(fā)布時間：2020-09-28 07:14

　　 生物質(zhì)由于來源廣泛、可持續(xù)、可循環(huán)利用的優(yōu)勢,被大量用于合成生物質(zhì)多孔活性炭材料,具有發(fā)達的孔道結(jié)構(gòu),對超級電容器儲能有極大的優(yōu)勢。對碳源前驅(qū)體進行化學(xué)試劑(HNO3、H2O2、KOH、NaOH)預(yù)處理可以優(yōu)化其結(jié)構(gòu)及形貌,改變表面化學(xué)官能團及含量,制備的多孔炭大多為非晶結(jié)構(gòu)、石墨化程度低、導(dǎo)電性不高。但是強氧化劑可以同時作為造孔劑和催化劑完成石墨化和多孔化處理,強氧化劑活化法耗時很短、過程簡單、綠色環(huán)保,是非常優(yōu)異的活化方法。強氧化劑活化得到炭材料的微孔、介孔可以引入到各種結(jié)構(gòu)碳的骨架中,較大的比表面積和較寬的孔徑分布使得制備的生物質(zhì)多孔炭有優(yōu)異的電化學(xué)性能。并且強氧化劑一步碳化活化法制備生物質(zhì)多孔炭的研究罕見報道。本論文以生物質(zhì)麻桿粉為原料,分別采用三種不同的強氧化劑高錳酸鉀、高氯酸鉀、重鉻酸鉀,一步碳化活化法制備麻桿基多孔炭,并對其結(jié)構(gòu)和性能進行表征。(1)將麻桿粉原料與強氧化劑KMnO4溶液,按比例混合均勻,干燥得到碳化前驅(qū)體,在不同溫度條件下,一步碳化活化制備麻桿基多孔活性炭材料。采用 SEM、HRTEM、N2 吸附法、XRD、XPS、Raman、FTIR 對其進行表征,麻桿基多孔活性炭呈現(xiàn)分級多孔結(jié)構(gòu),600℃活化的樣品比表面積與總孔容分別達到1025m2/g和1.53cm3/g,表面氧含量為12.33at℃,氮含量為1.26at%。以其組裝超級電容器并且測試電化學(xué)性能,在6M KOH三電極條件下,電流密度0.1A/g時獲得最高的比電容329F/g;在6MKOH兩電極條件下,電流密度0.2A/g時比電容值為260F/g,電流密度5A/g下恒流充放電循環(huán)10000圈之后,比電容值僅減少6.25%,表明材料具有優(yōu)異的電容循環(huán)穩(wěn)定性;在1MNa2SO4兩電極條件下,電流密度1A/g時比電容為147F/g,電流密度5A/g時比電容保持113F/g,比電容保持率為76.87%,在功率密度為425W/kg時獲得最大的能量密度14.75Wh/kg,表明具有優(yōu)異的倍率性能和很高的能量密度。(2)麻桿粉作為原料,KC104作為強氧化劑,按比例均勻混合得前驅(qū)體,經(jīng)不同溫度一步碳化活化后合成麻桿基多孔活性炭。采用SEM、HRTEM、N2吸附法、XRD、XPS、Raman、FTIR對其進行表征,500℃活化的樣品的比表面積與總孔容分別達到850m2/g和1.13cm3/g,表面氧含量為12.5at%,氮含量為1.36at%。利用其為電極材料組裝超級電容器,在6M KOH三電極條件下,電流密度0.1A/g時獲得最高的比電容值295F/g;在6MKOH兩電極條件下,電流密度0.2A/g下比電容值為248F/g,電流密度5A/g下恒流充放電循環(huán)10000圈之后,電容減少8.51%,表明循環(huán)穩(wěn)定性良好;在1MNa2SO4兩電極條件下,電流密度1A/g時比電容為135F/g,電流密度5A/g時比電容為114F/g,電容保持率84.45%,功率密度399.33W/kg時獲得對應(yīng)最高的能量密度11.98Wh/kg,表明有優(yōu)異的倍率性能和較大的能量密度。(3)將麻桿粉原料,強氧化劑K2Cr207溶液按比例均勻混合,干燥得混合物前驅(qū)體,高溫一步碳化活化合成麻桿基多孔活性炭。采用SEM、HRTEM、N2吸附法、XRD、XPS、Raman、FTIR對樣品進行表征,結(jié)果表明,樣品中殘留氧化鉻,形成炭包覆氧化鉻的結(jié)構(gòu),孔結(jié)構(gòu)分布較窄,并且孔道阻塞,作為電極材料,在6MKOH三電極下,電流密度0.1A/g時,比電容僅達到149.4F/g,電流密度2A/g下比電容剩余72.45F/g,電容性能和倍率性能欠佳。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ424;TM53
【部分圖文】：

北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文生物質(zhì)多孔炭電化學(xué)性能的影響因素逡逑１孔徑結(jié)構(gòu)特征逡逑照ＩＵＰＡＣ孔徑標(biāo)準(zhǔn)分布，孔徑小于２ｍｎ的孔指微孔，介于２￣５０ｎｍ的孔于５０ｎｍ的孔指大孔…］。微孔、介孔、大孔一般為樹枝狀形狀負載在碳結(jié)們之間互相連通，圖１－１表示孔徑分布圖［４２］�？捉Y(jié)構(gòu)分布影響多孔炭的比如多孔炭的微孔含量相對較多，比表面積一般較大，如果微孔含量較少，般較小。但是孔徑如果過小，電解液離子不會進入孔隙內(nèi)，炭材料表面不作用［４３】。并且孔徑分布不合適，電解質(zhì)離子不能快速傳輸?shù)轿⒖妆砻�，部累積電荷，導(dǎo)致高倍率條件下的比電容下降。逡逑

Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｔｒｕｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｏｆ邋ｈｅｍｐ逡逑ＥＭ表征分析麻桿的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)麻桿有中空組織。這些組織通常為相互平行的直通型管束，性能良好［６６］。逡逑－８６麻桿中物化組分進行定量分析，并且結(jié)合有主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，其中］。逡逑究逡逑葉茂、根系發(fā)達的優(yōu)勢，可以治理水土流失的問蝕量，最終可以保持水土生態(tài)發(fā)展。并且，麻桿殊的經(jīng)濟價值表現(xiàn)［６８技卩下所示：麻桿所含木質(zhì)少

逑２．６實驗流程圖逡逑制備工藝流程圖如下圖２－１所示。逡逑ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ邋ａｇｅｎｔ逡逑ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ邋ｐｒｏｄｕｃｔ逡逑？邋＼逡逑W一卜邋ｊ邋ｓｒｍｓ，邋ｒ｜？逡逑Ｈｅｍｐ邋ｐｏｗｄｅｒ邐ｍｉｘｔｕｒｅ邐ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ逡逑Ｈｅｍｐ邐Ｈｅｍｐ－ｄｅｒｉｖｅｄ邋ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ邋ｐｏｒｏｕｓ逡逑圖２－１麻桿基多孔活性炭制備流程逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔ

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊儒;于會敏;羅玲玲;張建春;李敏;郝新敏;張華;;氯化鋅活化大麻布活性炭纖維的孔結(jié)構(gòu)[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年05期

2 陳燕丹;黃明X&;黃彪;廖喜明;;紅麻桿芯活性炭的制備及其孔結(jié)構(gòu)[J];河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年01期

3 韓磊;楊儒;劉國強;李敏;張建春;郝新敏;張華;;漢麻桿基活性炭表面織構(gòu)與儲氫性能的研究[J];無機化學(xué)學(xué)報;2009年12期

4 謝應(yīng)波;張維燕;張睿;成果;張傳祥;喬文明;凌立成;;NaOH活化法中堿炭比對孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響[J];材料科學(xué)與工藝;2009年05期

5 徐斌;彭璐;王國慶;曹高萍;吳鋒;楊裕生;;高功率超級電容器用介孔炭電極材料[J];電化學(xué);2009年01期

6 王仁清;方勤;鄧梅根;;模板法制備超級電容器活性炭電極材料[J];電子元件與材料;2009年01期

7 張鳳;汪佩蘭;;氯酸鉀熱分解反應(yīng)機理的量子化學(xué)研究[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年06期

8 譚惠平;薛金根;;DSC法研究高氯酸鉀的催化熱分解反應(yīng)[J];中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報;2007年03期

9 黃正宏,康飛宇,郝吉明;KOH活化與CO_2活化的ACF的孔結(jié)構(gòu)[J];炭素;2005年01期

10 南照東,譚志誠,孫立賢;重鉻酸鉀晶體低溫?zé)崛菁盁崃W(xué)性質(zhì)的研究[J];物理化學(xué)學(xué)報;2002年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 王勇;植物麻桿基和膠原基生物質(zhì)多孔炭的制備、表征及性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

2 范小明;多孔炭超級電容器電極材料的制備及倍率性能研究[D];大連理工大學(xué);2014年

3 陳萬軍;3D石墨烯基復(fù)合電極柔性超級電容器的設(shè)計、制備和組裝[D];蘭州大學(xué);2014年

4 邢寶林;超級電容器用低階煤基活性炭的制備及電化學(xué)性能研究[D];河南理工大學(xué);2011年

5 楊常玲;超級電容器炭基電極材料制備及其電容性能研究[D];太原理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 邵小龍;模板協(xié)同化學(xué)活化法制備超級電容器用炭納米片及其電化學(xué)性能[D];安徽工業(yè)大學(xué);2016年

2 于會敏;植物基木質(zhì)纖維素NMMO溶解特性及木質(zhì)纖維素活性炭的制備與表征[D];北京化工大學(xué);2011年

本文編號：2828494