水污染治理K_(2)CO_(3)-尿素活化毛竹制备分级多孔炭及其对RhB的吸附作用

以毛竹粉为原料,低腐蚀性K_(2)CO_(3)和尿素作为活化剂,制备毛竹基活性炭(PAC),分别利用SEM和N_(2)物理吸附仪(Autosorb-iQ)表征活性炭的表面形态和微观孔结构特点,研究不同p H值、时间和PAC用量等因素对PAC吸附RhB性能的影响,并分析其吸附规律。结果表明,当毛竹粉、K_(2)CO_(3)和尿素的质量比为4∶2∶1,热解温度为600℃,活化时间为60 min时,PAC具有微-介孔共存、高比表面积(2 554.85 m^(2)/g)和总孔容大(0.98cm^(3)/g)的特点。PAC对Rh B表现出良好的吸附效果,45℃时最大静态平衡吸附量达到707.29mg/g,且准二级动力学模型对PAC吸附RhB具有更好的拟合性,即吸附过程以化学吸附为速度控制步骤;吸附等温线试验则表明,Langmuir和Freundlic这2种模型与吸附过程均有较高的拟合度,但Langmuir模型的R^(2)更接近1,属于以单层吸附为主同时存在非均匀多层吸附的行为;热力学结果分析表明,PAC对RhB吸附过程的△G°<0,△H°>0,△S°>0,说明吸附行为是自发进行,且以化学吸附为主。

孔隙度对具有不均匀横截面的功能分级多孔梁的自由振动和屈曲行为的影响

本文旨在研究孔隙度对具有不均匀横截面的功能分级多孔梁的自由振动和屈曲行为的影响。一般认为材料的性能沿厚度方向变化,而梁的横截面沿其长度方向分布不均匀。三种不同的孔隙度分布包括对称分布、非对称分布和均匀分布。利用经典的梁理论和Hamilton原理推导出了问题的控制方程,并用微分求积法推导出公式。通过已知方法和分析解法对所得结果进行了验证。通过网格独立性研究,确定了最优离散化设置。利用详细的参数化分析研究了不同力学参数,包括孔隙率系数、长径比和变化截面对基频和临界屈曲载荷的影响。结果表明,材料孔隙率的增加会导致梁的屈曲能力显著降低。然而,梁的自由振动行为完全取决于其孔隙度模式。此外,孔隙呈对称分布的梁其屈曲能力和基频性能最好。

胡萝卜基分级多孔炭材料的制备及电化学性能研究

以胡萝卜为炭源,采用KOH对胡萝卜炭进行活化,制备出具有高比电容的分级多孔炭材料。利用SEM、X射线衍射分析、低温氮气吸脱附等手段对制备的材料进行形貌及结构分析,结果表明,不同碱炭比会造成炭材料不同程度的结构变化,在碱炭比为2∶1时,所制备的炭材料孔隙结构分布最佳,比表面积高达3111.45 m2/g,总孔容为1.51 m3/g。循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)等电化学测试表明,在最佳活化条件下制备的胡萝卜基多孔炭材料制成的电极在6 mol/L KOH电解液、0.5 A/g电流密度条件下比电容为486 F/g,表明材料具有良好的电容性能;当电流密度提升20倍时,电容量保留为原来的86%,表明材料具有良好的倍率性能;10 A/g电流密度下经8000次循环后,电容保持率为97.3%,表明材料具有良好的稳定性。胡萝卜基多孔炭材料制成的电极片所组装的水系超级电容器器件能量密度可达14.67 Wh/kg,功率密度为1000 W/kg。

具有中空和分级多孔结构的高效Co—N—C氧还原反应催化剂

开发一种低成本、高效率和稳定的燃料电池的氧还原反应(ORR)催化剂具有极大挑战性。作者通过先在纳米聚苯乙烯(PS)球体表面均匀生长ZIFs,然后分解核壳结构的ZIF@PS,开发了具有中空完整球形结构和大表面积的Co-N-C ORR催化剂,并进行了系统的表征。所制催化剂Co-NHCP-2具有分层的多孔结构,超大的比表面积(1817.24 m^(2) g^(-1)),吡啶-N、吡咯-N、石墨-N含量高,且Co分布均匀。作为一种高效的电催化剂,Co-NHCP-2催化剂具有高起始电位(0.96 V)、半波电位(0.84 V)和极限电流密度(5.50 mA cm^(-2))。与市场上的Pt/C催化剂相比,该催化剂在碱性溶液中表现出约4e的ORR途径以及更强的甲醇耐受性和更高的稳定性。这些结果表明,该Co-N-C复合材料可以作为一种有前景的ORR电催化剂。

生物油分级多孔碳超级电容器电极材料的制备及性能

以稻壳生物油为碳源,氯化镁(MgCl_(2))为模板剂,采用草酸钾(K_(2)C_(2)O_(4))活化制备分级多孔碳(BOCs),研究了工艺参数对多孔碳物理化学特性的影响,并测试其电化学性能。结果表明,K_(2)C_(2)O_(4)作为活化剂可对碳骨架产生蚀刻效果,大幅增加碳的孔隙结构;MgCl_(2)作为模板可以改善活化效果并提高介孔率。最佳工艺参数下制得的BOC-3具备高比表面积(1961.1m^(2)/g)、高介孔率(47.25%)、高含氧量(15.0%,原子分数)的特点和三维泡沫结构。得益于这些特性的多重协同效应,BOC-3的质量比电容可达280F/g,5000次循环充放电后比电容保持率仍达到94.8%,具有优异的倍率性能和循环稳定性。本研究表明以MgCl_(2)为模板结合K_(2)C_(2)O_(4)进行活化的工艺,可作为从生物油制备高性能超级电容器用分级多孔碳的有效途径,有利于实现生物油的高价值利用。

煤/生物质基分级多孔炭制备工艺的优化与应用

为实现煤层气的高附加值利用,通过在煤中添加生物质和KOH合成一种煤/生物质基分级多孔炭,并将其应用于煤层气直接裂解制氢,从而获得高纯氢气和一定数量的碳材料。鉴于煤/生物质基分级多孔炭在制备过程中影响因素众多的问题,采用Design-Expert软件构建了制备煤/生物基分级多孔炭材料的实验方案,结合合成的多孔炭材料催化煤层气裂解制氢反应的实验数据进行了影响因素分析,建立了影响因素与反应转化率之间的拟合方程并对实验方案进行了优化。结果表明:温度和碱碳比是煤/生物质基分级多孔炭制备过程中的主要影响因素。优化得到的制备条件理论最优解与实验值之间的最大误差为3.3%,说明Design-Expert软件对制备过程的优化是准确且可靠的。与原煤炭材料相比,煤/生物质基分级多孔炭催化裂解煤层气具有较高的活性。前者反应后表面生成大量的碳球,而后者表面则生成大量的碳球和碳纤维。

分级多孔六边形球霰石板块的快速制备及应用

以羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan,CMC)、氯化钙和碳酸钠为原料,采用超声波辅助低温共沉淀法,在反应温度为0℃、CMC添加量为5%(质量分数)和反应时间为12 s条件下,快速制得形貌独特、孔径集中于0.6~8.0 nm的分级多孔六边形球霰石型碳酸钙板块,并用颗粒附着结晶机理解释了其形成过程。在共混制备碳酸钙/壳聚糖复合膜中,六边形球霰石板块的表观粒度大、容易分散,而且其分级孔隙结构便于壳聚糖的快速渗入,从而提升了壳聚糖与碳酸钙之间的界面相容性,使壳聚糖/碳酸钙复合膜展现出优异的力学性能:当分级多孔六边形球霰石板块的添加量达6%(质量分数)时,壳聚糖/碳酸钙复合膜的抗拉强度高达44.2 MPa,断裂伸长率为11.4%。该研究为探索碳酸钙的生物矿化机理和高性能复合膜的制备提供了新的思路。

生物质衍生氮掺杂蜂窝状分级多孔碳用于高性能水系锌离子混合电容器

水系锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性、优异的倍率性能以及超长的循环寿命引起了广泛的关注。以生物质鲜姜纤维作为前驱体,在碳酸氢钾和尿素的协同作用下,采用一步法合成了氮掺杂的蜂窝状多孔炭。所获得的多孔炭材料具有2 553.2 m^(2)·g^(-1)的高比表面积和3.86%的氮掺杂量。这种独特的蜂窝状结构可使ZHCs(N-HHPC-1//Zn)在0.1 A·g^(-1)的电流密度下获得了148.8 mAh·g^(-1)的高比容量,并在30 A·g^(-1)的电流密度下获得53.6%的容量保持率。该策略可以为制备氮掺杂的生物质衍生多孔炭用于ZHCs提供新的思路。

轻质三维分级多孔碳的大规模制备以及电化学、导电性能的研究

以弱酸性阳离子交换树脂为原料,采用化学活化法大规模合成了轻质三维分级多孔碳(3D-HPC)。3D-HPC的最大比表面积和孔体积分别为650.85 m^(2)/g和0.423 cm^(3)/g,堆积密度仅为0.06 g/cm^(3)。材料展现了较为优良的电化学性能,在0.5 A/g电流密度下,3D-HPC展现出126.89 F/g的比电容,在1 A/g下充放电5000次后,电容的保持率仍达到87.7%。当制备成水性浆料时,浆料的电导率达到了3.25MS/cm,具备了优良的导电性。同时,水性涂料具备良好的稳定性以及分散性。因此,3D-HPC具有良好的电化学和导电性能,可以作为超级电容器或者水性涂料的潜在商业级原料。

以枫叶为模板合成分级多孔氧化铈材料及其催化性能

以枫叶为生物模板合成了由纳米颗粒构成的分级多孔氧化铈材料.采用场发射电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）和氮气脱吸附技术表征了材料的独特生物形态微结构,其仿生结构是由复制气孔得到的微米孔和复制细胞孔得到的2~4 nm的小孔构成.通过广角X射线衍射（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和BET计算发现多孔氧化铈具有很小的晶粒（6~8 nm）和较大的比表面积（64.4 m2/g）.利用化学储氧量（OSC）评价了样品催化性能,结果表明：分级多孔氧化铈比无孔氧化铈含有更多的表面活性氧.当将材料用于酸性品红脱色反应,由于分级多孔氧化铈材料的颗粒小,比表面积大和化学储氧量高,其在染料废水净化处理时具有较好的催化活性和吸附能力,到300 min时脱色率可达到100%.

分级多孔γ-Al_2O_3空心微球微波水热法制备及其对刚果红的快速吸附（英文）

以KAl(SO4)2和尿素为前驱体,通过微波水热法于180°C反应20 min,经600°C焙烧2 h制得分级多孔γ-Al2O3空心微球.所制备的样品被用于吸附典型有机染料刚果红(CR)溶液.结果表明,制备的γ-Al2O3空心微球直径为0.8–1.0μm,厚度约为200 nm.此γ-Al2O3空心微球具有高的比表面积(243 m2￠g–1)和分级大孔-中孔结构,此结构非常有利于液相过程中的质量传递.微波水热法制备的γ-Al2O3空心微球比水热法制备的γ-Al2O3和商用的γ-Al2O3样品显示出更快和更强的吸附性能.此样品的吸附数据很好地符合假二级速率方程和Langmuir吸附理论模型.从Langmuir吸附理论模型计算得到微波水热法制备的γ-Al2O3空心微球的最大吸附量(qmax)25°C时高达515.4 mg g–1.由于具有分等级结构、高比表面积、大的孔容和吸附能力,微波水热法制备的γ-Al2O3空心微球样品有望￠成为一种具有很好应用潜力的环境吸附剂.

基分级多孔碳复合相变材料的制备与性能研究

以木质素为原材料,通过模板法和化学活化法制备出木质素基多孔碳LTC和木质素基分级多孔碳LTCA,以LTCA为载体,采用真空浸渍法负载相变材料聚乙二醇(PEG4000),制备出木质素基分级多孔碳/聚乙二醇(LTCA/PEG)复合相变材料。通过扫描电镜、透射电镜、全自动比表面积及孔隙分析仪、X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试。结果表明,通过模板法和化学活化法结合制备的木质素基分级多孔碳材料拥有较大的孔隙率和孔容以及较高的比表面积。以其为载体制备的LTCA/PEG复合相变材料具有较好的相变储热效果,负载聚乙二醇的质量分数可以达到85%,熔融潜热为85.3 J/g,达到了较好的定形相变效果及良好的热稳定性。

利用竹叶模板合成分级多孔CeO_2材料及其性能

以经过预处理的竹叶为模板合成具有仿生形态的CeO2材料,研究竹叶与硝酸铈质量比(MTC)及反应温度对沉积效果的影响。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸脱附等测试手段对样品进行表征。结果表明:当MTC为1:1时,在70℃下反应所得CeO2材料具有精确的分级多孔结构,而六次亚甲基四胺(HMT)作为沉淀剂能促使CeO2前驱体颗粒在模板表面的预组装。采用催化剂用量为0.2 g所合成的氧化铈材料对浓度为20 mg/L的100 mL酸性品红溶液进行脱色试验,在反应120 min后,其脱色率可达95%以上。

分级多孔结构ZnO微球的制备及其光电性能

采用简单的低温化学溶液沉积方法制备了分级多孔ZnO微球。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、N2吸附脱附以及紫外-可见分光光度计（UV-Vis）等对样品进行了表征。结果显示产物为分级多孔结构的ZnO微球,由直径约10-20 nm ZnO颗粒组装而成,比表面积为40 m^2.g^-1。把多孔ZnO微球用作染料敏化太阳能电池（DSCs）光阳极,结果表明,该光阳极在增强对入射光的散射作用的同时,为染料分子的吸附提供了较大比表面积,从而提高了DSCs的光伏性能。

分级多孔石墨烯/活性炭复合材料的制备及其电化学电容性能分析

采用液相共混法,以酚醛树脂和氧化石墨为原料,得到氧化石墨烯/酚醛树脂复合材料,再通过高温碳化和活化工艺,制备出石墨烯/活性炭复合材料.采用循环伏安和恒流充放电测试表征其电化学电容性能,结果表明:该复合材料在0. 5 A·g-1的电流密度下比电容高达197 F·g-1,当电流密度增加到10 A·g-1时,比电容为163 F·g-1,电流增加20倍,电容保持率为83%,在0. 5 A·g-1的电流密度下循环1000次,未见容量有衰减,电容保持率为100%.这表明该复合材料具有优良的电容性能.

甘蔗渣制备生物形态分级多孔木质陶瓷

采用甘蔗渣为生物质原料,浸渍环氧树脂后(两者质量比为2.5∶1)高温烧结制备了分级多孔木质陶瓷。使用XRD、SEM、TG等手段研究了木质陶瓷的物相组成、微观形貌和热稳定性,通过压汞法和氮吸附法分析了木质陶瓷从微米到纳米范围的分级多孔结构。研究结果表明,木质陶瓷主要由非石墨化碳层和微量的磷石英组成。木质陶瓷保留了甘蔗渣的管状孔洞,具有从宏孔到介孔分布的分级多孔结构。木质陶瓷的宏孔孔径分布主要在0.4～6μm之间,BET表面积最高达39.7m2/g。随着烧结温度的升高,木质陶瓷的BET表面积、介孔体积和平均孔径都降低。

分级多孔TiO_2光催化剂的合成及降解农药废水性能研究

以生物废料玉米穗为模板,浸渍钛酸四正丁酯溶液后,经高温煅烧得到分级多孔氧化钛材料,经0.2 mol/L钛酸四正丁酯溶液浸泡后氧化钛完全复制了生物模板的结构,产物为平均直径12 nm的锐钛矿型氧化钛颗粒构成的直径2~5μm纤维管,管壁密布由纳米颗粒堆积形成的介孔孔道,孔道直径为2~10 nm,材料比表面积约为115.7m2/g,而商用纳米氧化钛P25粉的比表面积约为81 m2/g。用于100 mg/L精制敌百虫农药在紫外光下的降解,在200 min后,分级多孔氧化钛光催化材料的COD(化学需氧量)和TOC(有机碳含量)降解率分别为98.7%和73.8%,高于商用氧化钛材料的84.1%和53.7%。

分级多孔炭的制备及其电化学性能研究

以间苯二酚和甲醛为前驱体,原位合成的Mg(OH)2为模板剂,KOH作为催化剂、沉淀剂、活化剂,一步法合成具有小/中/大孔的分级多孔炭。使用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附、X射线衍射对样品的结构进行表征。通过恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗谱,测试样品在1mol/L的(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonatePC)电解液中的电化学性能。结果表明,随着KOH对间苯二酚用量的增加,材料的比表面积和孔容先增大后减小,其最大值分别为1300m2/g和0.89cm3/g。该材料具有良好的容量性能和功率性能,在电流密度0.1A/g时,最高质量比电容可以达到116F/g;当电流密度增大到5A/g时,电容保持率为78%。

聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能

以空心介孔硅球为模板,酚醛树脂乙醇溶液为碳源制得了分级多孔碳(HPCs)。以酸化处理后的HPCs为载体、对甲苯磺酸(p-TSA)为掺杂剂、三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯-分级多孔碳(PPy-HPCs)纳米复合材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试技术对复合材料进行了形貌结构和电化学性能的研究。结果表明:聚吡咯成功地包覆在HPCs的表面,随着聚吡咯含量的增加,复合材料的比容量呈现先增大后减小的趋势。当聚吡咯的质量含量为34.9%时,复合材料在电流密度为0.1A/g时达到最大比容量(316F/g),在1A/g的电流密度下循环1 000次后,比容量保持率为95.8%,聚吡咯的引入有效地提高了HPCs电极材料的电化学性能。

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe_2O_3@TiO_2)(英文)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法,设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2).透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe2O3@TiO2样品具备分级多孔结构,这是因为HP-Fe2O3@TiO2的内核(Fe2O3)具有大孔空隙,同时外壳(TiO2)具有介孔空隙.此外,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe2O3@TiO2的结构及其性质.分别在可见及紫外光照下,研究了样品在H2O2体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质.所观察到的HP-Fe2O3@TiO2纳米球的光催化性能,可归因于核-壳结构的协同作用,这进一步表明,TiO2外壳对α-Fe2O3的光催化活性有重要影响作用.在可见光照射下,HP-Fe2O3@TiO2(1mLTi(OC4H9)4(TBT))具有较优异的光催化活性.同时,HP-Fe2O3@TiO2(4mLTBT)具备优异的单分散形貌,并在紫外光照射下,表现出最优的光催化活性.