【摘要】：多孔炭材料是指含有豐富的相互貫通或封閉的孔洞并且以炭為介質(zhì)的固體材料,具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、穩(wěn)定的炭骨架結(jié)構(gòu)和豐富的來(lái)源的特點(diǎn),在電化學(xué)能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、催化劑載體、吸附等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在眾多多孔炭材料中,以生物質(zhì)為原料制備多孔炭具有綠色環(huán)保、成本低廉等優(yōu)勢(shì),本文以豆腐為碳源,加入氯化鋅與氯化鐵、采用一步炭化法制備了具有納米薄片形貌的Fe_3C/Fe_3O_4/C復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了所制備材料在超級(jí)電容器與染料吸附兩方面的性能,探討了兩種應(yīng)用對(duì)多孔材料的共性要求。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用氯化鋅和氯化鐵一步炭化-活化制備得到高比表面積Fe_3C/Fe_3O_4/C片狀復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了炭化過(guò)程中其形貌的演變機(jī)理及工藝條件對(duì)比表面積的影響。實(shí)驗(yàn)表明:(1)活化后的豆腐碳材料具有高的比表面積,氯化鋅活化的樣品的最大比表面積為1876 m~2/g。(2)氯化鐵可促進(jìn)豆腐的石墨化轉(zhuǎn)變,且有氯化鐵參與的活化過(guò)程都有自組裝Fe_3C/Fe_3O_4/C片狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料生成。(3)由氯化鋅和氯化鐵協(xié)同活化作用制備了高比表面積Fe_3C/Fe_3O_4/C的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,在0.5 A/g的電流密度下,比容量為315 F/g。(4)碳化溫度在700°C~1000°C時(shí),氯化鋅和氯化鐵共同活化豆腐反應(yīng)制備了不同的Fe的化合物,且在800°C時(shí),產(chǎn)物的電化學(xué)性能最優(yōu)。(2)考察了所制備的Fe_3C/Fe_3O_4/C復(fù)合材料在對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)和羅丹明B(RhB)的吸附性能。結(jié)果表明:(1)具有高比表面積和片狀結(jié)構(gòu)的Fe_3C/Fe_3O_4/C復(fù)合材料對(duì)MB和RhB吸附容量分別可達(dá)918 mg/g和868 mg/g。(2)改變吸附過(guò)程的酸堿環(huán)境,其吸附量基本不變。(3)Fe_3C/Fe_3O_4/C復(fù)合材料經(jīng)十次重復(fù)利用后,對(duì)MB和RhB的去除率仍分別可高達(dá)95%和92.5%。(4)隨著溫度的升高,Fe_3C/Fe_3O_4/C復(fù)合材料的吸附量逐漸增大;初始濃度高于600 mg/L,吸附處于平衡狀態(tài);15 min內(nèi)吸附速率較快,30 min后吸附基本達(dá)到平衡。(5)擬合的吸附等溫線符合Langmuir吸附等溫曲線模型,吸附質(zhì)以單分子層形式覆蓋在吸附劑表面;吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的假設(shè)條件,吸附機(jī)制以化學(xué)吸附為主。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.4
【圖文】：

圖 1-1 (a) 樹木木頭的各向異性結(jié)構(gòu)（b）碳化后的木頭結(jié)構(gòu)[24]Fig.1-1（a）Schematic to show a piece of unique anisotropic natural wood with well-channels along the tree growth direction （b）carbonized wood structure.1.1.2 石墨烯2004 年英國(guó)的安德烈 蓋姆和康斯坦丁 諾沃肖洛教授用膠帶從石墨中出了石墨烯[25]，由此科研工作者在全球展開了對(duì)石墨烯的研究，二人也墨烯的研究貢獻(xiàn)獲得了 2010 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是由碳原子連接的單原子層在平面上構(gòu)成的，其基本的結(jié)構(gòu)單元是穩(wěn)定的苯六元環(huán)材料的基本單元，由二維石墨烯翹曲可形成零維的富勒烯，也可卷曲成納米管或堆垛成三維的石墨[26]。石墨烯作為新型納米材料，具有超高5 GPa）[27]、超高導(dǎo)熱系數(shù)（5000 J/mKs）[28]，利用石墨烯的這些特性

基于生物質(zhì)豆腐的多孔炭的制備及其超電容與染料吸附性能研究物質(zhì)炭的特點(diǎn)熱解或活化是制備活性炭的重要來(lái)源之一，生物質(zhì)來(lái)源豐骨架或含有的雜原子，在熱解或活化后部分可以保留的原成分包括 C，O，H，N，P 和 S。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫碳化后除去，最終產(chǎn)物以碳為主，約占 85%以上，其余為 O，H1]，而這些原位雜原子賦予了碳表面可調(diào)節(jié)的物理化學(xué)性質(zhì)不同的內(nèi)部構(gòu)造因此就產(chǎn)生了一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形貌如導(dǎo)表面上存在大量的官能團(tuán)，這樣的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)易的活化就貌或者重新組合新的規(guī)整的結(jié)構(gòu)，如圖 1-2 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉曉琳;解強(qiáng);張婷婷;王燕;楊明順;姜勇;;酚醛樹脂基磁性活性炭的制備及性能研究[J];功能材料;2011年01期

本文編號(hào)：2714468