基于农作物副产品的分级孔炭材料制备及其性能研究.pdf

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1、分类号：密级：公开学号：2015210558单位代码：10759石河子大学硕士学位论文基于农作物副产品的分级孔炭材料制备及其性能研究学位申请人亢晓楠指导教师王传义教授殷娇副研究员申请学位类别工程硕士专业名称化学工程研究领域废弃物资源化所在学院化学化工学院中国·新疆·石河子2018年6月Preparationandpropertiesofhierarchicalporouscarbonsbasedoncropby-productsADissertationSubmittedtoShiheziUnive

2、rsityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByKangXiaonan(Chemicalengineering)DissertationSupervisor:Prof.WangChuan-yiJune,2018石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人

3、已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：年月日使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日基于农作物副产品的分级孔炭

4、材料制备及其性能研究摘要本研究以农作物副产品为原料，分别采用不同的活化剂、热解温度、剂料比（原料与活化剂的比例）制备生物质基分级孔炭材料。采用氮气吸附-脱附等温线、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、元素分析、拉曼测试和X射线光电子能谱等检测方法对制备的生物质基分级孔炭材料进行比表面积大小和孔径分布、微观结构、表面化学官能团种类、元素构成的表征分析。同时，通过循环伏安法，交流阻抗谱法，恒流充放电法的电化学测试方法，对生物质基分级孔炭材料在水系和有机系电解液中的电容性能进行评估。选取具有较

5、大比表面积的生物质基分级孔炭材料对对氯苯酚进行静态吸附实验，研究对氯苯酚溶液初始浓度的大小、吸附时间的长短、吸附温度的高低和待吸附溶液的pH值对生物质基分级孔炭吸附性能的影响；通过准一级动力学和准二级动力学吸附模型以及Langmuir和Freundlich等温线模型对该实验的吸附过程进行分析，研究生物质基分级孔炭材料对对氯苯酚吸附的过程及机理。本论文的主要研究内容及结论如下：1.以油菜籽渣为前驱体，以氯化锌为活化剂，通过一步炭化和氯化锌的进一步活化成功制备了具有分级孔结构以及杂原子的炭材料。分别使用

6、氮气吸附-脱附等温线测定、扫描电子显微镜分析、元素分析、XRD等方法对油菜籽渣分级孔炭进行分析表征，同时以油菜籽渣分级孔炭为电极材料，分别在水溶液电解质和有机电解质中对其电容-1性能进行评估。其中RDAC1样品具有较优的电化学性能，在电流密度为5mVs时，-1-1在1molL硫酸电解液中的比电容量为169.5Fg，在1MEt4NBF4/AN电解液中的最-1大能量密度是32Whkg，经过6400圈长循环后，电容仍然为原始比电容量的90%。结果可知油菜籽渣分级孔炭作为电极材料具有令人特别满意的电容性能，

7、长循环稳定性，同时油菜籽渣具有地球丰富度，所以油菜籽渣可以被认为是一种新型的生物质源来制备高性能的超级电容器所需的分级孔炭材料。2.以棉花秸秆为前驱体，通过一步炭化和磷酸的进一步活化制备了分级孔炭材料。2-1通过氮气吸附-脱附等温线测定其比表面积在1237.812-1403.123mg之间，平均孔径从2.928nm增大到9.287nm。通过元素分析，FT-IR,XPS方法证实了棉杆炭表面含氧官能团的存在。通过循环伏安法，电化学阻抗谱法和恒电流充放电法考察了棉杆基分级孔炭材料的电化学性能。其中CSHP

8、C4在碱性电解液(2MKOH)中具有最大的比电-1-1-1-1容值，为175Fg，在1molL硫酸电解液中的最大比电容值是168Fg,在1molL-1Na2SO4电解液中的最大比电容值是83Fg。最大的能量密度和功率密度分别是7Wh-1-1kh和666Wkg。经过10000次长循环后电容量无明显的减弱趋势，在电流密度1A-1g时仍然保持原始比电容量的90%。结果可知棉杆基分级孔炭作为电极材料具有令人特别满意的电容性能，长循环稳定性，同时棉花秸秆具有地球丰富度，所以棉花