【摘要】：脲醛樹脂(Urea-formaldehyde resin,簡稱UF)具有價格低廉、原料簡單易得、操作簡易且富含氮元素等優(yōu)點,是一種重要的氨基樹脂。目前,UF已成為國內(nèi)外學者的研究熱點,并將UF作為碳材料廣泛應用于超級電容器領(lǐng)域中。但是,UF熱穩(wěn)定性較差,這一缺點限制了其在超級電容器領(lǐng)域中的應用。本文通過調(diào)控原料配比、雜原子摻雜、固化濃度以及模板法等方式改善其熱穩(wěn)定性能,保留較多的多孔結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出較大的比表面積,得到電化學性能明顯提升的脲醛樹脂基碳材料。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.通過調(diào)節(jié)尿素與甲醛的摩爾比,成功的制備出不同粒徑的脲醛樹脂多孔微球,并且通過鹽酸固化來增加脲醛樹脂的交聯(lián)程度,提高其在高溫碳化過程中的熱穩(wěn)定性能,降低流動性。經(jīng)過一系列表征,當尿素與甲醛的摩爾比為1:0.8時,固化后的樣品展現(xiàn)出最佳的電化學性能。在1 A g~(-1)時的比電容值為101F g~(-1),在10 A g~(-1)時仍能保存63 F g~(-1),倍率性能可以達到62.4%。因此,脲醛樹脂基碳材料的電化學性能得到明顯改善,在超級電容器電極材料領(lǐng)域應用前景廣闊。2.以UF作為碳源,硫脲作為氮源和硫源,制備出脲醛/硫脲醛共聚樹脂。通過一系列表征及電化學性能測試探究硫脲的引入以及鹽酸固化濃度對共聚樹脂形貌以及電化學性能的影響。當固化濃度為2 mol L~(-1),由此制得的共聚樹脂其多孔結(jié)構(gòu)明顯增多,并且在2 mol L~(-1)的H_2SO_4電解液中展現(xiàn)出最佳的電化學性能:在1 A g~(-1)的比電容值為187 F g~(-1),在10 A g~(-1)的電容值為120 F g~(-1),電容保持率可以達64.2%,表現(xiàn)出良好的倍率性能。3.以UF為碳源,二氧化硅作為支撐體摻入到脲醛樹脂多孔微球的制備過程中,使其在高溫碳化過程中能保持多孔微球的形貌,并且作為硬模板引入豐富的多孔結(jié)構(gòu),提高比表面積。當二氧化硅用量為1.0 g時,制得的脲醛樹脂基多孔碳微球展現(xiàn)出最佳的電化學性能:在0.5 A g~(-1)時,其比電容值可達227 F g~(-1),且其在10 A g~(-1)時仍能保留107 F g~(-1),展現(xiàn)出良好的倍率性能,作為電極材料應用于超級電容器領(lǐng)域具有一定的研究價值。
【圖文】：

2.2 結(jié)果與討論2.2.1 形貌分析圖2.1 樣品UFPM-0.8（a、b、c）、GUFPM-0.8（d、e、f）以及樣品GUFPM-1.5（h、i、g）在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖通過圖 2.1 系統(tǒng)的分析了尿素與甲醛的摩爾比以及固化過程對脲醛樹脂多孔微球形貌結(jié)構(gòu)的影響。首先，圖 2.1a、2.1b 以及 2.1c 展示的是樣品 UFPM-0.8 的SEM 圖片。由圖 2.1a 觀察可知，尿素與甲醛在 1:0.8 的摩爾比制備出的脲醛樹脂均為球形形貌，分散性較好，而且球形結(jié)構(gòu)完整、沒有絲毫破損，這證明在此制備條件下脲醛樹脂具有良好的成球趨勢。球形形貌相比于塊狀體結(jié)構(gòu)具有較大的比

素在縮聚聚合的過程中，不斷吸附溶液中的單體或者低聚合度的分子鏈以體型的方式散發(fā)式增長，最終形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠促使材料展現(xiàn)出較大的比表面積，擁有優(yōu)秀的吸附性能。圖 2.1d、2.1e 及 2.1f 展示的是樣品 GUFPM-0.6SEM圖。與經(jīng)過 2mol L-1的鹽酸水溶液固化后的 GUFPM-0.8 比較而言，其總體的形貌并沒有太大的改變，，依舊保持了多孔的球形形貌。但是由于鹽酸的固化作用，脲醛樹脂微球的直徑較 UFPM-0.8 言有一定程度的縮小，而且球形表面的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也部分收縮，使得孔徑較小。這種體積的收縮主要是由鹽酸的固化作用使得脲醛樹脂的交聯(lián)程度增加導致的。圖 2.1h、2.1i 以及 2.1g 展示的則是在尿素與甲醛的摩爾比為 1:1.5 時制得的樣品的掃描圖。與 GUFPM-0.8SEM 結(jié)果相比，相同之處在于，GUFPM-1.5 的形貌也表現(xiàn)為多孔的球形形貌，這再次證明了脲醛樹脂在制備過程中成球的趨勢是十分強烈的。其不同之處在于，GUFPM-1.5 的球體直徑明顯得小于 GUFPM-0.8 直徑，主要分布在 2μm 到 5μm 的范圍內(nèi)。而且，球體的分散性變差，甚至有一部分球球體團聚到一起形成塊狀形貌，但是大部分的樣品還是保持著球形的形貌。這種球體直徑的大幅度減小，分散性能的改變主要是由過量的甲醛引起的[99, 100]。
【學位授予單位】：齊魯工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;TM53

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曲均峰;王國忠;傅送保;;脲醛緩釋肥對小麥產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響[J];化肥工業(yè);2016年04期

2 張高科;;脲醛緩釋肥料:氮肥產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級又一新動力[J];中國農(nóng)資;2017年35期

3 曲均峰;;脲醛肥料研究現(xiàn)狀[J];化肥工業(yè);2013年05期

4 曲均峰;;脲醛緩釋肥在橡膠樹上的肥效研究[J];磷肥與復肥;2013年05期

5 曲均峰;傅送保;操斌;胡春花;謝良商;;脲醛緩釋肥在菠蘿上的效應研究[J];化肥工業(yè);2013年03期

6 毛東明;;脲醛復合肥在柑桔上施用的效果試驗[J];浙江農(nóng)業(yè)科學;1987年04期

7 張連佳,姜劍方,錢新才,張杭英,董勤紅;柑桔施用脲醛復肥的肥效試驗[J];浙江柑桔;1988年02期

8 曾自雪;梁新榮;黃立林;;脲醛脂樹改性[J];粘合劑;1988年03期

9 白惠;;MN-10 脲醛預壓膠的研制[J];林業(yè)科技開發(fā);1989年01期

10 孫成忠;;脲醛預縮休UFC—60試車投產(chǎn)[J];粘合劑;1989年01期

相關(guān)會議論文 前5條

1 ;低甲醛釋放環(huán)保型脲醛膠粘劑[A];北京粘接學會第十屆學術(shù)年會-北京粘接學會成立二十周年暨技術(shù)交流報告會論文集[C];2002年

2 彭輝;牟晶晶;李佳佳;王輝;馬國富;雷自強;;魚鱗-脲醛樹脂制備多孔碳作為電極材料應用于超級電容器[A];甘肅省化學會第二十八屆年會暨第十屆中學化學教學經(jīng)驗交流會論文集[C];2013年

3 吳步永;趙曉文;葉林;;原位聚合制備脲醛/石墨烯納米復合材料及其結(jié)構(gòu)與性能研究[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題K：高性能高分子[C];2017年

4 袁俊玲;趙曉文;葉林;;原位聚合制備脲醛/聚氨酯共混材料結(jié)構(gòu)與性能研究[A];2015年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集——主題L 高分子復合體系[C];2015年

5 賀俊卿;張玲;李春忠;林捷;;脲醛(UF)-Cu復合微粒的制備[A];中國顆粒學會第六屆學術(shù)年會暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會論文集（上）[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 記者 鄭涵予;脲醛緩釋肥全程標準化[N];農(nóng)資導報;2017年

2 本報記者 江華;咬定青山不放松[N];農(nóng)資導報;2016年

3 劉桂春;河北推出高性能脲醛輸送機托輥[N];中國冶金報;2006年

4 記者 李興發(fā);我省首家“緩釋肥”生產(chǎn)線投入生產(chǎn)[N];青海日報;2016年

5 中國農(nóng)業(yè)大學教授 曹一平;脲醛氮肥的品種與緩釋性狀[N];農(nóng)民日報;2013年

6 通訊員 姜寶泉;創(chuàng)新開啟農(nóng)民致富之門[N];科技日報;2010年

7 本報記者 朱永坤;讓創(chuàng)新成為企業(yè)的基本元素[N];農(nóng)資導報;2016年

8 本報記者 孫燕明;別拿脲醛置物盤當做密胺餐具用[N];中國消費者報;2010年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王大林;脲醛樹脂基炭微球的制備及其形貌控制研究[D];天津大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 劉麗華;脲醛樹脂基碳電極材料的制備及其性能研究[D];齊魯工業(yè)大學;2019年

2 周華敏;脲醛與尿素不同配比對主要糧食作物生長及土壤養(yǎng)分的影響[D];山東農(nóng)業(yè)大學;2018年

3 李昂;脲醛氮肥的施用效果及對葉菜食用、土壤環(huán)境安全的影響[D];華南農(nóng)業(yè)大學;2016年

4 董英男;脲醛樹脂基炭用作電化學電容器電極材料的研究[D];天津大學;2012年

5 安詩卉;脲醛發(fā)泡體的增強與增韌研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

6 況方舟;改善脲醛改性呋喃樹脂環(huán)保性能的研究[D];南京理工大學;2015年

7 趙德;脲醛樹脂制備毒死蜱微膠囊及性能表征[D];山東農(nóng)業(yè)大學;2006年

8 尹志華;碳納米管模板法制備二氧化硅納米管及其改性脲醛呋喃樹脂的研究[D];蘭州大學;2009年

9 歐國利;脲醛基炭材料的制備及其從稀土中去除鐵雜質(zhì)的性能研究[D];中北大學;2016年

10 武良;脲醛泡沫栽培基質(zhì)在草坪上的應用研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學;2009年

本文編號：2595561