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%。

分级多孔炭的生物诱导合成及其吸附性能

以凌霄花瓣为生物模板、蔗糖为炭源、氯化钠为造孔剂、氢氧化钾为活化剂,采用生物诱导法合成了分级多孔炭,确定了最佳工艺参数并研究了各工艺参数对该多孔炭显微结构及吸附性能的影响。结果表明:最佳合成工艺参数为蔗糖、NaCl、KOH溶液质量分数分别为1.0%,2.0%,1.0%,体积比为1∶1∶1,活化温度为650℃,活化时间为60 min;制备的多孔炭基本保留了凌霄花瓣的微观形貌,孔径分布较窄,比表面积高达357 m^2·g^(-1);该多孔炭具有极强的吸附能力,在120mg·L^(-1)的亚甲基蓝溶液中,在120min时达到吸附饱和,吸附量可达60mg·g^(-1)。

分级多孔炭的制备及其作为超级电容器电极材料的研究进展

分级多孔炭由于同时具有不同类型的孔结构、较大的比表面积、低廉的价格以及优异的电化学性能等特点,在高效储能领域显示出巨大的应用优势。它既可以直接作为超级电容器的电极材料与电解液形成双电层电容进行电荷存储,又可以与非碳基材料进行复合形成赝电容进行电荷存储。因此多孔炭材料一直是电化学储能元件中不可或缺的电极材料。在介绍不同孔径多孔炭对能量储存发挥具体作用的基础上,本文对近年来分级多孔炭的制备方法、以及改进其电化学性能的方式进行了总结,并对分级多孔炭用作超级电容器电极材料未来发展作出展望。

废弃物衍生分级多孔炭的制备及吸附应用进展

分级多孔炭因其高比表面积、大孔容及分级孔结构,目前广泛应用于超级电容器、锂离子电池、催化及吸附等领域。废弃物在热解气化过程中残留的碳基材料则是制备分级多孔炭很好的前体。本文根据废弃物来源及自身特性间的差异,对生物质和非生物质废弃物作为原料制备的分级多孔炭的特性及应用进行了综述及总结。并对不同制备方法的优劣及适用对象进行了比较。对分级多孔炭在挥发性有机物(VOCs)吸附、CO2吸附捕集、染料吸附、抗生素以及酚类物质的吸附过程进行分析,总结出废弃物基多孔炭在孔径结构及表面杂原子掺杂情况下的优势能够增强这几类物质的吸附效果。结合已有文献,对废弃物基分级多孔炭的制备、孔径设计及表面官能团设计提出展望。

基于“蛋盒”结构高电化学性能分级多孔炭的制备

基于浒苔中海藻酸钙的“蛋盒”结构,对浒苔炭化产物进行盐酸酸洗处理,去除海藻酸钙中的钙离子,形成“蛋盒”式初始孔结构。以酸洗处理后的炭化产物为前驱体,采用KOH活化法制备浒苔基分级多孔活性炭,并研究活性炭的孔结构特性及电化学性能。研究表明:浒苔基活性炭具有分级多孔结构,其比表面积(SBET)高达3283 m^(2)g(−1) ,其中介孔提供了66%以上的比表面积。当用作超级电容器电极材料时,即使在较高的电流密度下,浒苔基活性炭也表现出优异的电化学性能。当电流密度为0.1 Ag(−1) 时,浒苔基活性炭的比电容为361 Fg(−1) ,当电流密度增大至10 Ag(−1) 时,活性炭的比电容仍然高达323 Fg(−1) ,表现出优异的高倍率性能。

铜改性生物质基分级多孔炭及其电容性能

多孔炭由于其较长的循环寿命和前驱体种类繁多而被广泛应用于超级电容器中,但其电容量较低,导致能量密度较低。本文通过简单、高效的炭化和活化方法合成了铜修饰的生物质衍生的分级多孔炭(Cu-AC-x),混合价态(CuO、Cu_(2)O、Cu^(0))的铜纳米颗粒均匀分散在其表面。作为超级电容器电极材料,由于分级孔结构提供的快速电子/离子转移途径,以及Cu混合价态之间的加速氧化还原反应,Cu-AC-x纳米复合材料表现出良好的电化学性能。在三电极体系中,CuAC-2在0.5 A g^(-1)下表现出360 F g^(-1)的高比电容,是AC(163 F g^(-1))的1.21倍。此外,当将其组装对称电容器时,该器件在0.5 A g^(-1)下的比电容为143.44 F g^(-1),经6000次循环后的循环稳定性为81.8%。

废弃羽毛基三维分级多孔炭材料的制备及其电化学性能研究

随着社会的发展以及科学的进步,能源消耗问题日益严重,此时开发新能源就尤为重要。同时,我们在开发能源的过程中如何储存能源,这就要用到超级电容器。超级电容器,它具备着耐久性、成本价格低廉、对环境友好、快速进行充放电、高的功率密度等优良特征,是储存能源的不二之选。为了提高超级电容器的储存能量的性能,开发新的电极材料就成为了研究的首要目标。本文采用了废弃的羽毛作为实验原料,采用高铁酸钾作为实验药品,制备新型分级多孔炭材料。通过一系列的实验步骤,我们得到了三组不同质量比的电极材料。通过一系列的表征以及电化学测试,我们发现制得的样品具有优异的电化学性质。最优样的比表面积达到916.6 m^(2)·g^(-1),该样品在电化学测试1 A·g^(-1)充放电条件下比电容可达到310 F·g^(-1),同时它具有高的总孔隙体积(0.53 m^(3)·g^(-1)),高富氧量(15.9%)以及高富氮量(6.8%)。由研究结果可得,以废弃羽毛作为实验原始材料所制得的分级多孔炭可以作为超级电容器的电极材料。

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。

双峰分级多孔炭快速制备及其电化学性能研究

以乙酸钴为模板、柠檬酸为炭源,采用快速升降温工艺,一步模板炭化法制备出分级多孔炭。通过SEM、TEM、XPS、物理吸附等测试手段对多孔炭形貌和结构进行表征。结果显示,所得多孔炭具有典型的中孔-微孔分级孔结构,微孔集中在0.8nm,中孔集中在4 nm,比表面积达753~890 m2/g。采用三电极测试装置测试了所得分级多孔炭在6M KOH电解液中的电容性能,结果显示,随着处理温度的提高,所得分级多孔炭的电容和倍率性能均不断提高。700℃处理所得多孔炭在0.2 A/g电流密度下比电容达到144 F/g;在电流密度为5 A/g时比电容为102 F/g,电容保持率为71%,展现出较好的倍率性能。

柚子皮基多孔炭的制备及其电容性能研究

利用水热浸渍法,以柚子皮为前驱体,在KOH活化作用下制备得到分级多孔炭电极(HPC)。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了材料的形貌和结构。采用循环伏安、恒定电流充放电和交流阻抗测试了材料的电化学性能。结果表明:材料呈现出由大孔、微孔和中孔组成的多孔结构,当前驱体和KOH质量比在1∶9时,获得的HPC材料(HPC-9)的电化学性能最好。电化学测试表明,在5mV/s下,HPC-9质量比电容高达306F/g,是未活化样品的23.5倍。在10000次循环下HPC-9容量无衰减。因此,这种利用生物质制备的分级多孔炭具有优异的电容性能,可望有良好的应用前景。

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m2·g^(-1),在1 A·g^(-1)的电流密度下比容量高达234.7 F·g^(-1),在大电流密度10 A·g^(-1)时依然有207.6 F·g^(-1)的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^(-1)的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^(-1)的比容量,表明其具有长时工作的特性。