新型碳气凝胶制备及表征

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1、万方数据DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologyPREPARATIONANDCHARACTERIZATIONOFTHENEWCARBONAEROGELSbyLiuXuanSupervisor:Prof.LiuZhenfaMay2014ThisworksupportedbytheScienceandTechnologyResearchandDevelopmentProjectofHebeiProvin

2、ce,No.12215120D,andtheScienceandTechnologyProjectofHebeiAcademyofScience,No.13703.3万方数据万方数据5万方数据万方数据河北工业大学硕士学位论文摘要碳气凝胶是具有连续纳米多孔结构的新型碳材料，比表面积高、孔隙率高、导电性能良好、热导率低以及孔径可控等性能，使得碳气凝胶作为电极能够很好的吸附水中的离子。常用的碳气凝胶制备工艺是将间苯二酚和甲醛作为原料，间苯二酚作为原料可以获得比表面积较高的碳气凝胶，一直受研究者的青睐，但过程的凝胶时间长，且制得的碳气凝胶硬

3、度不大。针对上述这些问题，本课题在原料上加入间苯三酚，一方面可以提高反应速度，缩短凝胶时间，另一方面可以增强碳气凝胶的网络结构，在常压干燥过程中减少凝胶结构的坍塌。本课题主要探讨以间苯三酚、间苯二酚和甲醛作为原料制备碳气凝胶的研究工作。本文将间苯三酚、间苯二酚和甲醛作为反应原料，改变合成条件，包括间苯三酚的含量，反应物浓度，催化剂种类及含量，制备间苯三酚-间苯二酚-甲醛（PRF）碳气凝胶，并通过测试手段对其微观结构进行了表征。研究内容如下：（1）通过溶胶-凝胶方法制备出PRF碳气凝胶。PRF碳气凝胶的比表面积和吸附量显著提高。与RF

4、碳气凝胶相比，PRF碳气凝胶的平均孔容和吸附量较大。（2）改变间苯三酚的含量（nP/nR）制备PRF碳气凝胶。样品的分析结果表明：间苯三酚含量越高，碳气凝胶的比表面积和平均孔容越小。当nP/nR为1:7，孔径结构比较集中，有利于电吸附除盐实验的进行。（3）改变反应物浓度制备PRF碳气凝胶。对样品进行表征分析，结果表明：随着反应物浓度的增加，电阻率逐渐增大。主要以中孔为主。反应物浓度为45%的碳气凝胶具有较高的比表面积和吸附量。（4）改变催化剂种类制备PRF碳气凝胶。催化剂的加入使得PRF碳气凝胶的结构致密，比表面积增大，其中以Na2

5、CO3为催化剂合成的碳气凝胶的比表面积最高。（5）改变催化剂含量（nr/nC）制得PRF碳气凝胶。分析结果表明，随着nr/nC的增大，PRF碳气凝胶的平均孔容孔径增加，电阻率值变大。当nr/nC为800时样品的比表面积和吸附量较大，导电性能良好。（6）电吸附性能实验测得PRF碳气凝胶电极的吸附容量为11.25mg（NaCl）/g(碳气凝胶)。关键词：间苯二酚间苯三酚碳气凝胶微结构电吸附i万方数据新型碳气凝胶的制备及表征ii万方数据河北工业大学硕士学位论文AbstractAsnewcarbonmaterials,carbonaerog

6、elshaveoutstandingpropertiesofhighspecificsurfacearea,highporosity,goodconductivityandlowthermalconductivity,whichmakecarbonaerogelsaselectrodeadsorbionswellinthewater,andhavebroadprospectsinelectrosorptiontechnology.Resorcinolasrawmaterialscanobtainthecarbonaerogelswi

7、thlargerspecificsurfacearea,sofavoredbyresearchers.Commonlyusedpreparationtechnologyofcarbonaerogelsmakeresorcinolandformaldehydeasrawmaterials,andprepareviaasol-gelprocess,solventreplacement,ambientpressureandcarbonizationprocess.Butthegeltimeofpreparationprocessislon

8、ger,andthehardnessofcarbonaerogelsislower.Addresstheseproblems,phloroglucinolarejoinedintherawmaterialsofresorcinol.C