菌渣生物炭在有機污染物吸附和鈉離子電池中的應用研究
發(fā)布時間：2021-02-06 02:23
當今,工業(yè)的快速發(fā)展在帶來極大便利的同時,也帶來了嚴重的環(huán)境污染和能源短缺等問題。新型能源環(huán)境材料在能源轉(zhuǎn)化/存儲以及環(huán)境污染治理方面發(fā)揮著重要的作用。我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)廢棄物的有效利用一直是重點發(fā)展的領域。食用菌的培養(yǎng)基質(zhì)-菌渣是一類常見的農(nóng)業(yè)廢棄物,且絕大部分沒有得到有效利用。本研究工作集中在回收再利用菌渣、開發(fā)新型高效能源環(huán)境材料上。以農(nóng)業(yè)廢棄物-菌渣作為原料,經(jīng)過碳化、活化得到了具有超高比表面積的多孔碳材料（3342m2/g）。該多孔碳材料展現(xiàn)了優(yōu)異的污染物吸附能力:在298.15 K時,對雙酚A、2,4-二氯苯酚和亞甲基藍的最大吸附量分別達到了1249、1155和869 mg/g,均高于已報道的其他吸附劑和商品活性炭;（5次吸附/再生循環(huán)后,去除效率仍能保持78.4%）。與此同時,該多孔炭材料應用于鈉離子電池時,發(fā)揮了良好的碳骨架功能。采用蒸發(fā)-冷凝的方法成功地將紅磷納米顆粒裝載到菌渣生物炭孔隙中,得到了紅磷/多孔炭（PC@RP）復合材料。在該復合材料中,多孔炭骨架增強了材料的導電性、有效地緩解了充放電過程中的體積效應:0.1 A/g的電流密度下,比容...
【文章來源】：華中農(nóng)業(yè)大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
水環(huán)境中污染物的來源(Monetal2018)
固的化學鍵或形成表面絡合。化學吸附相對于物理吸附是非常牢固的，這是因為化學鍵的參與導致吸附質(zhì)分子被吸附在吸附劑表面而不能自由移動。在實際的吸附過程中，物理吸附和化學吸附不是單一存在的，它們是共同存在，同時進行的(Ali2012)常用的吸附劑包括：活性炭、沸石、粘土、聚合物等。由于較低的吸附量和吸附速率，這些常規(guī)吸附劑在實際應用中有著一定的局限性。活性炭由于其綠色可再生、吸附效率高和成本低等優(yōu)點而得到了廣泛的應用。但是，隨著水中污染物的成分越來越復雜，人們對吸附劑的要求也越來越高。普通活性炭對污染物吸附速率緩慢，對親水性污染物的吸附效果較差，已經(jīng)很難滿足人們的需求。通過對活性炭進行改性是實現(xiàn)高效的吸附的一個重要方法。納米技術(shù)的發(fā)展為吸附劑帶來了新的契機，這些納米吸附劑具有獨特的優(yōu)勢，包括比表面積大、選擇性強、吸附位點豐富、顆粒內(nèi)擴散距離短、孔徑可調(diào)、易于再生和重復使用等(Bolisettyet al 2019, Burtch al 2014)。
圖 1.6（a）地殼中元素的豐度和（b）鈉離子電池工作原理示意圖(Pan et al 2013)Fig 1.6 (a) Elemental abundance in the Earth’s crust and (b) The schematic illustration oprinciple for sodium-ion batteries (Pan et al 2013)當前鈉離子電池最大的挑戰(zhàn)是實現(xiàn)高能量密度和高功率密度。正極材料方NaFePO4、Na3V2(PO4)3、NaMnO2等，已經(jīng)在鈉離子電池中取得了巨大的成(Yabuuchietal2014)。然而，鈉離子電池負極材料方面還沒有較大的突破。研究表在鈉離子嵌入過程中，由于鈉離子半徑太大會導致石墨層的坍塌，所以鋰離子的石墨負極材料不適合鈉的可逆存儲(Li et al 2017a, 趙麗娜 2018)。鈉離子電池負極材料的研究主要集中在以下四種類型：（1）碳材料，如硬軟碳等；（2）層狀氧化物和聚陰離子化合物（如磷酸鹽）嵌入材料；（3）金屬、能與鈉形成合金的材料；（4）具有轉(zhuǎn)化反應的氧化物、硫化物和磷化物等（謝等 2018, 田麗媛等 2018）。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈉離子電池負極材料研究進展[J]. 謝銀斯,孫丁武,林維捐,何國強. 電源技術(shù). 2019(02)
[2]鈉離子電池金屬化合物負極材料的研究進展[J]. 田麗媛,鞠小霞,向楓,周明. 儲能科學與技術(shù). 2018(06)
[3]水污染現(xiàn)狀及水環(huán)境管理對策研究[J]. 齊奮春,趙月. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2018(09)
[4]Hard carbon derived from cellulose as anode for sodium ion batteries:Dependence of electrochemical properties on structure[J]. V.Simone,A.Boulineau,A.de Geyer,D.Rouchon,L.Simonin,S.Martinet. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
博士論文
[1]鈉離子電池電極材料Na3V2（PO4）3結(jié)構(gòu)及電化學性能研究[D]. 趙麗娜.北京科技大學 2019
[2]我國生物質(zhì)原料資源及能源潛力評估[D]. 張蓓蓓.中國農(nóng)業(yè)大學 2018
本文編號：3019990
【文章來源】：華中農(nóng)業(yè)大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
水環(huán)境中污染物的來源(Monetal2018)
固的化學鍵或形成表面絡合。化學吸附相對于物理吸附是非常牢固的，這是因為化學鍵的參與導致吸附質(zhì)分子被吸附在吸附劑表面而不能自由移動。在實際的吸附過程中，物理吸附和化學吸附不是單一存在的，它們是共同存在，同時進行的(Ali2012)常用的吸附劑包括：活性炭、沸石、粘土、聚合物等。由于較低的吸附量和吸附速率，這些常規(guī)吸附劑在實際應用中有著一定的局限性。活性炭由于其綠色可再生、吸附效率高和成本低等優(yōu)點而得到了廣泛的應用。但是，隨著水中污染物的成分越來越復雜，人們對吸附劑的要求也越來越高。普通活性炭對污染物吸附速率緩慢，對親水性污染物的吸附效果較差，已經(jīng)很難滿足人們的需求。通過對活性炭進行改性是實現(xiàn)高效的吸附的一個重要方法。納米技術(shù)的發(fā)展為吸附劑帶來了新的契機，這些納米吸附劑具有獨特的優(yōu)勢，包括比表面積大、選擇性強、吸附位點豐富、顆粒內(nèi)擴散距離短、孔徑可調(diào)、易于再生和重復使用等(Bolisettyet al 2019, Burtch al 2014)。
圖 1.6（a）地殼中元素的豐度和（b）鈉離子電池工作原理示意圖(Pan et al 2013)Fig 1.6 (a) Elemental abundance in the Earth’s crust and (b) The schematic illustration oprinciple for sodium-ion batteries (Pan et al 2013)當前鈉離子電池最大的挑戰(zhàn)是實現(xiàn)高能量密度和高功率密度。正極材料方NaFePO4、Na3V2(PO4)3、NaMnO2等，已經(jīng)在鈉離子電池中取得了巨大的成(Yabuuchietal2014)。然而，鈉離子電池負極材料方面還沒有較大的突破。研究表在鈉離子嵌入過程中，由于鈉離子半徑太大會導致石墨層的坍塌，所以鋰離子的石墨負極材料不適合鈉的可逆存儲(Li et al 2017a, 趙麗娜 2018)。鈉離子電池負極材料的研究主要集中在以下四種類型：（1）碳材料，如硬軟碳等；（2）層狀氧化物和聚陰離子化合物（如磷酸鹽）嵌入材料；（3）金屬、能與鈉形成合金的材料；（4）具有轉(zhuǎn)化反應的氧化物、硫化物和磷化物等（謝等 2018, 田麗媛等 2018）。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈉離子電池負極材料研究進展[J]. 謝銀斯,孫丁武,林維捐,何國強. 電源技術(shù). 2019(02)
[2]鈉離子電池金屬化合物負極材料的研究進展[J]. 田麗媛,鞠小霞,向楓,周明. 儲能科學與技術(shù). 2018(06)
[3]水污染現(xiàn)狀及水環(huán)境管理對策研究[J]. 齊奮春,趙月. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2018(09)
[4]Hard carbon derived from cellulose as anode for sodium ion batteries:Dependence of electrochemical properties on structure[J]. V.Simone,A.Boulineau,A.de Geyer,D.Rouchon,L.Simonin,S.Martinet. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
博士論文
[1]鈉離子電池電極材料Na3V2（PO4）3結(jié)構(gòu)及電化學性能研究[D]. 趙麗娜.北京科技大學 2019
[2]我國生物質(zhì)原料資源及能源潛力評估[D]. 張蓓蓓.中國農(nóng)業(yè)大學 2018
本文編號：3019990
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/3019990.html
最近更新
教材專著
