生物质基炭材料制备及电化学电容性能研究

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多孔炭材料具有理化性质稳定、导电性好、循环寿命长等优点,是电化学电容器领域中研究最多和前景最好的电极材料。价格便宜、来源广泛的生物质废弃物是制备多孔炭电极材料的天然原料。本论文以三种典型的生物质废弃物,葵花瓜子壳、稻壳和鱼骨为原料,针对不同生物质的化学构成特点,采用不同的化学活化方法,制备了系列多孔炭材料,系统地研究了该类炭材料的电化学电容性能。本论文内容主要包括以下几个方面:  1.以葵花瓜子壳为原料,采用两种活化工艺“浸渍法”和“先碳化再活化法”制备不同孔结构的多孔炭材料,从而制备出了高比表面积生物质基炭材料。研究表明活化温度和活化剂 KOH是影响葵花瓜子壳炭比表面积和孔结构的关键因素。电化学测试表明,与“先碳化再活化法”的NC-X-Y系列相比,浸渍法制备的AC-X-Y系列的炭材料有更好的电化学行为和更高的比电容保持率。电化学测试表明 NC-700-3的比电容值高达311 F g-1。研究结果表明葵花瓜子壳炭是一种很有应用前景的电化学电容器电极材料。  2.以富含硅元素的天然生物质废弃物稻壳为原料,采用先用HF洗掉天然硅模板,再活化的方法制备不同孔结构的多孔炭材料。结果表明HF酸能够去除天然硅模板。N2吸附测试表明,制备的RH-HF具有较大的比表面积和集中的微孔分布的特点,继而采用 KOH对 RH-HF活化,研究孔结构和电化学电容性能。电化学测试表明,与文献中报道的硬模板法制备的介孔炭相比,稻壳炭有更好的电化学电容性能。  3.鱼骨中含有大量的羟基磷酸钙,采用盐酸洗掉含钙模板的方法,制备一系列多孔炭材料。研究表明盐酸能够侵蚀碳化鱼骨。N2吸附测试表明,用盐酸处理后的FB-900具有最大的比表面积和集中微孔分布的特点,比表面积可达到1437 m2 g-1。继而改变鱼骨的碳化温度,研究这类材料的电化学电容性能。研究表明活化温度是影响鱼骨炭比表面积和孔径分布的关键因素。电化学测试表明,该方法制备的鱼骨炭材料在电化学方面具有很好的应用前景。
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