發(fā)布時(shí)間：2017-10-09 17:18

  本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)碳材料的制備及其性能研究

  更多相關(guān)文章： 梧桐葉 玉米秸稈 水熱炭化 KOH活化 吸附性能 電化學(xué)性能

【摘要】：碳材料因具有優(yōu)異的吸附性、良好的熱穩(wěn)定性、較高的機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn),在廢水廢氣處理、電極材料、生物載體等方面具有良好的應(yīng)用前景,引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的用于制備碳材料的原料主要是石油、煤炭等化石資源,隨著人類社會(huì)的發(fā)展,資源利用的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化,化石資源消耗量增速減緩,可再生資源成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)。中國人口眾多,人均資源匱乏,開發(fā)利用可再生資源迫在眉睫。近年來,生物質(zhì)作為一種新興的可再生資源,價(jià)格低廉、儲(chǔ)量巨大、對(duì)環(huán)境友好,開始被廣泛關(guān)注。通過不同方法如熱分解法、微波炭化法、水熱法等,可以將生物質(zhì)中的大量碳元素轉(zhuǎn)化為富含活性官能團(tuán)、比表面積大、具有微孔結(jié)構(gòu)的功能化生物質(zhì)碳材料,并廣泛應(yīng)用于廢水廢氣吸附和超級(jí)電容器領(lǐng)域。水熱炭化法作為一種溫和的炭化方法,相較于高溫炭化法,具有處理設(shè)備簡單、廢棄生物質(zhì)中碳元素固定效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被證明可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖δ芑疾牧�。玉米秸稈和梧桐葉作為一種來源廣泛、價(jià)格低廉的生物質(zhì),其不適當(dāng)?shù)奶幚聿粌H對(duì)環(huán)境造成污染,也是對(duì)生物質(zhì)資源的浪費(fèi)。本文以玉米秸稈芯和梧桐葉為碳源,通過水熱法和KOH活化法制備多孔生物質(zhì)碳材料,并用作六價(jià)鉻廢水吸附劑和超級(jí)電容器電極材料。主要研究內(nèi)容如下：以玉米秸稈芯為碳源,利用水熱法進(jìn)行炭化,通過正交試驗(yàn)得到最佳工藝條件。結(jié)果表明,最佳工藝條件下所制備的碳材料為幾百納米的炭微球,并且具有一定程度的石墨化,對(duì)六價(jià)鉻離子具有一定的吸附效果,吸附容量為1.182 mg/g;利用PVP修飾的水熱碳材料為類球形,表面粗糙,比表面積更大,因此擁有更大的吸附效率,吸附容量達(dá)到2.264 mg/g;將水熱碳材料經(jīng)過KOH活化后,得到了表面具有蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì),且具有更高的石墨化程度。利用得到的多孔碳材料用作超級(jí)電容器電極材料,表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。在電流密度為0.5 A/g時(shí),多孔碳材料電極具有最大的比電容量,達(dá)到315.5F/g。并且在電流密度為20 A/g時(shí),多孔碳材料電極具有優(yōu)良的循環(huán)特性,循環(huán)2000次后仍有81.8%的比電容被保留；以梧桐葉為碳源,利用水熱法進(jìn)行炭化,制備出了粒徑為1-3μm生物質(zhì)炭微球,并且具有一定程度的石墨化。通過對(duì)六價(jià)鉻離子吸附效果研究發(fā)現(xiàn),梧桐葉水熱碳材料具有良好的吸附性能；利用KOH活化法對(duì)梧桐葉生物質(zhì)碳材料進(jìn)行活化,得到具有更高石墨化程度的物質(zhì),其表面具有蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu),在超級(jí)電容器電極材料中表現(xiàn)出優(yōu)良性能。電流密度為0.5 A/g時(shí),多孔碳材料電極的比電容量為365 F/g；電流密度為20 A/g,經(jīng)過2000次循環(huán)后91.7%比電容被保留,表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：梧桐葉 玉米秸稈 水熱炭化 KOH活化 吸附性能 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 生物質(zhì)簡介11-14
• 1.1.1 生物質(zhì)的利用11-12
• 1.1.2 生物質(zhì)碳材料12
• 1.1.3 生物質(zhì)碳材料的制備方法12-14
• 1.2 水熱法簡介14-18
• 1.2.1 水熱法定義及分類14-15
• 1.2.2 水熱炭化反應(yīng)基本原理15-17
• 1.2.3 生物質(zhì)水熱炭化的研究進(jìn)展17-18
• 1.3 生物質(zhì)碳材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用18-21
• 1.3.1 超級(jí)電容器定義18-19
• 1.3.2 超級(jí)電容器工作原理19-20
• 1.3.3 碳基電極材料20
• 1.3.4 生物質(zhì)基碳電極材料的研究進(jìn)展20-21
• 1.4 生物質(zhì)碳材料在廢水處理中的應(yīng)用21-22
• 1.5 研究目的和研究內(nèi)容22-24
• 1.5.1 研究目的22-23
• 1.5.2 研究內(nèi)容23-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法24-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.3 表征手段25-26
• 2.3.1 X射線衍射25
• 2.3.2 拉曼光譜儀25
• 2.3.3 傅里葉紅外光譜儀25
• 2.3.4 掃描電子顯微鏡25-26
• 2.4 性能測(cè)試26-28
• 2.4.1 吸附性能26
• 2.4.2 電化學(xué)性能26-28
• 第3章 秸稈基碳材料的制備及其性能研究28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分28
• 3.3 利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定水熱反應(yīng)的最佳工藝28-33
• 3.3.1 因素水平的選取28-30
• 3.3.2 正交試驗(yàn)表30
• 3.3.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析30-33
• 3.4 水熱碳材料的表征33-34
• 3.4.1 水熱碳材料的X射線衍射分析33
• 3.4.2 形貌表征33-34
• 3.5 PVP對(duì)生物質(zhì)碳材料制備、形貌及性能的影響34-36
• 3.5.1 PVP對(duì)水熱碳材料吸附性能的影響34-35
• 3.5.2 形貌表征35-36
• 3.6 多孔碳材料的表征36-37
• 3.6.1 多孔碳材料的拉曼光譜分析36-37
• 3.6.2 形貌表征37
• 3.7 電化學(xué)性能分析37-40
• 3.7.1 恒電流充放電分析37-38
• 3.7.2 循環(huán)伏安分析38-39
• 3.7.3 交流阻抗分析39-40
• 3.8 本章小結(jié)40-41
• 第4章 梧桐葉基多孔碳材料的制備及其性能研究41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分41
• 4.3 工藝過程研究41-42
• 4.4 水熱碳材料的表征42-45
• 4.4.1 水熱碳材料的X射線衍射分析42-43
• 4.4.2 傅里葉紅外光譜分析43
• 4.4.3 形貌表征43-45
• 4.5 多孔碳材料的表征45-47
• 4.5.1 多孔碳材料的X射線衍射分析45
• 4.5.2 拉曼光譜分析45-46
• 4.5.3 形貌表征46-47
• 4.6 多孔碳材料的電化學(xué)性能分析47-50
• 4.6.1 恒電流充放電分析47-48
• 4.6.2 循環(huán)伏安分析48-49
• 4.6.3 交流阻抗分析49-50
• 4.7 多孔碳材料的吸附性能研究50-52
• 4.7.1 pH值對(duì)吸附效率的影響50
• 4.7.2 吸附劑投加量對(duì)吸附效率的影響50-51
• 4.7.3 六價(jià)鉻初始濃度對(duì)吸附效率的影響51-52
• 4.8 本章小結(jié)52-53
• 第5章 結(jié)論及展望53-54
• 5.1 結(jié)論53
• 5.2 研究展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-61
• 致謝61-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況62

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張雙杰;邢寶林;黃光許;賈建波;徐冰;張效銘;張傳祥;;核桃殼水熱炭對(duì)六價(jià)鉻的吸附特性[J];化工進(jìn)展;2016年03期

2 袁斌;周蕾;管道安;;超級(jí)電容器用碳基電極材料研究進(jìn)展[J];船電技術(shù);2016年01期

3 高書燕;蘇景振;;生物質(zhì)基碳材料作為氧還原反應(yīng)催化劑的研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2015年08期

4 王勇;劉金玲;伍毓強(qiáng);黃秀萍;陳登龍;;超高比表面積活性炭的制備與表征[J];功能材料;2015年13期

5 龍小平;王麗平;黃慧;余凱浩;黃燦;楊揚(yáng);;改性柚子皮對(duì)六價(jià)鉻的吸附性能研究[J];山東化工;2015年10期

6 張慶樂;董建;張麗青;汪吉祥;李澤姣;李瑞;;草酸改性楊樹葉對(duì)六價(jià)鉻的吸附性能[J];環(huán)境工程;2015年05期

7 張琦;馬隆龍;張興華;;生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位烴類燃料研究進(jìn)展[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2015年01期

8 祝大偉;尚鳴;顧萬建;汪昀;;水熱法在材料合成中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)[J];硅谷;2014年17期

9 秦濤;;中國農(nóng)村生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];防護(hù)林科技;2014年06期

10 黃維;范同祥;;水熱碳化法的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2014年S1期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王世萍;新型多孔炭材料的構(gòu)筑及其在新能源技術(shù)中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王夢(mèng)姣;以生物質(zhì)為源的多孔碳及其復(fù)合物的制備以及其電化學(xué)性能的研究[D];西北大學(xué);2015年

2 張成鋮;生物質(zhì)碳材料的制備及電化學(xué)性能[D];武漢科技大學(xué);2015年

3 喬娜;玉米芯和松子殼的水熱碳化及其產(chǎn)物吸附性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

4 吳春;超級(jí)電容器用新型多孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];湘潭大學(xué);2014年

5 王永佳;生物質(zhì)炭化及其燃料燃燒特性研究[D];山東大學(xué);2014年

6 賀仁飛;中國生物質(zhì)能的地區(qū)分布及開發(fā)利用評(píng)價(jià)[D];蘭州大學(xué);2013年

7 汪君;葡萄糖水熱炭化及其活化特性研究[D];華中科技大學(xué);2013年

8 王光學(xué);栗殼基生物質(zhì)炭材料的制備及結(jié)構(gòu)性能演變[D];東華大學(xué);2011年

9 王德元;生物質(zhì)能利用系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

10 沈志遠(yuǎn);生物質(zhì)能源利用的新探索[D];南京林業(yè)大學(xué);2006年

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本文編號(hào)：1001424