本文關(guān)鍵詞：有機(jī)胺誘導(dǎo)合成富氮碳微球及其應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多孔炭材料由于具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導(dǎo)電性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性,在吸附分離、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。其中,形貌可控的多孔碳微球近年來受到了廣泛關(guān)注,然而,對(duì)于微球形成反應(yīng)機(jī)理的研究仍存在空白。本文以不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)胺為氮源,間苯二酚、甲醛為碳源,在常溫常壓下通過水相反應(yīng)合成具有單分散性、可控形貌的富氮聚合物微球,并以不同分子量的聚乙烯亞胺為研究對(duì)象,研究了該聚合過程的反應(yīng)機(jī)理。制備所得聚合物再經(jīng)高溫碳化得到孔隙豐富的含氮碳微球,同時(shí),考察了這些碳微球在CO2吸附及超級(jí)電容器方面的應(yīng)用,主要研究結(jié)果如下：(1)本文提出的有機(jī)胺誘導(dǎo)間苯二酚-甲醛聚合是一種簡(jiǎn)單且通用的合成富氮聚合物的方法。無論所選有機(jī)胺(乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、哌嗪、聚乙烯亞胺)的結(jié)構(gòu)是直鏈、支鏈還是環(huán)狀鏈,都可在常溫常壓下與間苯二酚-甲醛經(jīng)聚合反應(yīng)生成高含氮量、具有球形形貌的聚合物。再經(jīng)600℃高溫碳化后,可以得到比表面積為400-600m2/g、含氮量為6-9 wt.%的微孔碳微球。所制備的碳微球具有較高的CO2吸附量,在0℃時(shí),吸附量可以達(dá)到3.5-4 mmol/g,且具有穩(wěn)定的吸脫附循環(huán)性能。系統(tǒng)考察了碳化溫度、反應(yīng)溫度、濃度、PEI/R摩爾比都對(duì)材料形貌以及結(jié)構(gòu)的影響,最終選取反應(yīng)溫度30℃、濃度3wt.%、PEI/R=1.5、碳化溫度為600℃為最佳合成工藝。(2)以不同分子量的聚乙烯亞胺為研究對(duì)象,采用動(dòng)態(tài)光散射法測(cè)量聚合物水和粒徑在反應(yīng)初期隨著時(shí)間的變化,并推測(cè)了該聚合過程的反應(yīng)機(jī)理。PEI-R-F自組裝生成聚合物,經(jīng)歷成核及生長兩個(gè)過程,隨著PEI分子量的增加,最終所得聚合物的粒徑減小。動(dòng)態(tài)光散射結(jié)果顯示在聚合初始過程中,聚合物水和粒徑隨著時(shí)間為先減小再變大,這是由于此過程有兩部分反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行：一、聚合物內(nèi)部物質(zhì)進(jìn)一步聚合交聯(lián),使得體積收縮；二、溶液中游離的小分子在表面繼續(xù)聚合使得聚合物粒徑變大。制備得到的含氮聚合物均表現(xiàn)為核殼結(jié)構(gòu),其中,N原子主要集中在聚合物內(nèi)部。聚合過程的反應(yīng)機(jī)理通過TEM、XPS、EA等表征方法得以驗(yàn)證。(3)為進(jìn)一步豐富碳微球的空隙結(jié)構(gòu),對(duì)碳微球進(jìn)行了KOH活化處理,得到一系列高比表面積、高球形度的活化碳微球。研究發(fā)現(xiàn),隨著KOH/C質(zhì)量比的增加,活化得到的碳微球比表面積及孔容都增加明顯,當(dāng)質(zhì)量比KOH/C=3時(shí),活化碳微球的比表面積可達(dá)1980 m2/g,其中以微孔為主,且在273 K下CO2吸附量可達(dá)6.0 mmol/g。此外,活化碳微球還可以作為良好的電容器材料。當(dāng)KOH/C質(zhì)量比為2和3時(shí)所得活化碳微球的容量分別為186 F.g-1和241 F·g-1,且具有較好的倍率性能以及循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：聚合物微球 碳微球 反應(yīng)機(jī)理 CO_2吸附 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 文獻(xiàn)綜述10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 多孔炭材料的制備方法11-16
• 1.2.1 氣相沉積法11-12
• 1.2.2 模板法12-14
• 1.2.3 水熱碳化法14
• 1.2.4 溶膠-凝膠法14-16
• 1.3 多孔炭材料改性方法16-19
• 1.3.1 活化法16-17
• 1.3.2 氮摻雜17-19
• 1.4 多孔炭材料的應(yīng)用19-21
• 1.4.1 超級(jí)電容器19-20
• 1.4.2 吸附領(lǐng)域20
• 1.4.3 催化領(lǐng)域20-21
• 1.5 多孔碳微球的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.6 課題的提出與主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分24-27
• 2.1 主要的實(shí)驗(yàn)原料24
• 2.2 主要儀器設(shè)備24-25
• 2.3 分析表征方法25-27
• 第3章 富氮碳微球的合成工藝及吸附性能考察27-46
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分27
• 3.3 結(jié)果與討論27-45
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)原理27-28
• 3.3.2 聚合物的微觀形貌28-30
• 3.3.3 聚合物的結(jié)構(gòu)表征30-34
• 3.3.4 碳微球的形貌與結(jié)構(gòu)表征及CO_2吸附應(yīng)用34-38
• 3.3.5 合成工藝對(duì)材料形貌與結(jié)構(gòu)的影響38-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 PEI合成富氮碳微球的機(jī)理研究46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分46
• 4.3 結(jié)果與討論46-61
• 4.3.1 聚合物的微觀形貌46-48
• 4.3.2 聚合物的結(jié)構(gòu)表征48-52
• 4.3.3 聚合物反應(yīng)過程機(jī)理探究52-55
• 4.3.4 碳微球的表征及應(yīng)用55-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 碳微球的活化改性及吸附性能與電化學(xué)性能考察62-71
• 5.1 引言62
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分62
• 5.2.1 活化碳微球的制備62
• 5.2.2 電容器性能測(cè)試62
• 5.3 結(jié)果與討論62-70
• 5.3.1 活化碳微球的形貌62-63
• 5.3.2 活化碳微球的結(jié)構(gòu)表征63-66
• 5.3.3 活化碳微球的CO_2吸附應(yīng)用66-67
• 5.3.4 活化碳微球的電化學(xué)應(yīng)用67-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 第6章 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 主要結(jié)論71-72
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)72
• 6.3 工作展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 致謝79-80
• 附錄80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 樸海燕;任秀麗;孟龍?jiān)?韓順玉;;ZnCl_2活化制備N摻雜多孔碳材料及其CO_2吸附性能研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2015年S1期

2 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

3 余正發(fā);王旭珍;劉寧;劉洋;;N摻雜多孔碳材料研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2013年04期

4 李強(qiáng);汪印;余劍;易彬;楊俊;許光文;;物理活化白酒糟制備多孔炭材料[J];新型炭材料;2012年06期

5 劉應(yīng)亮;謝春林;;孔碳材料制備的研究進(jìn)展[J];暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版);2011年03期

6 陳田;王濤;王道軍;趙建慶;丁曉春;吳士超;薛海榮;何建平;;功能化有序介孔碳對(duì)重金屬離子Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的選擇性吸附行為[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2010年12期

7 呂偉;楊全紅;康飛宇;;碳質(zhì)吸附劑對(duì)CO_2的吸附、捕集和分離[J];化工進(jìn)展;2009年06期

8 趙海霞;朱玉東;李文翠;胡浩權(quán);;RF炭氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的控制及其電化學(xué)性能研究[J];新型炭材料;2008年04期

9 柯行飛;曹潔明;鄭明波;陳勇平;劉勁松;;雙模板法合成介孔/大孔二級(jí)孔道碳材料[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2007年05期

10 柳召永;鄭經(jīng)堂;;溶膠-凝膠法制備中孔炭材料的研究進(jìn)展[J];炭素技術(shù);2006年04期

  本文關(guān)鍵詞：有機(jī)胺誘導(dǎo)合成富氮碳微球及其應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：343110