氮掺杂多孔碳布制备及超级电容器性能研究

研究水热氮掺杂活性炭纤维材料的制备及超级电容性能。以活性炭纤维非织造布(ACF)为基底,用高锰酸钾进行氧化处理,以尿素为氮源,水热处理制备氮掺杂活性炭纤维(NACF)。试验分析不同高锰酸钾溶液浓度(0.02 mol/L~0.10 mol/L)、尿素质量浓度(10 g/L~300 g/L)和水热温度(80℃~200℃)处理下羧基含量与氮含量;对活性炭纤维材料进行结构表征、电化学性能测试。结果表明:随着高锰酸钾浓度的增大,对ACF的氧化作用增强,羧基含量提高,NACF的氮元素掺杂量提高;随着尿素质量浓度、水热温度提高,NACF的氮含量增加。确定水热掺杂处理条件为高锰酸钾浓度0.06 mol/L、尿素质量浓度100 g/L、水热温度180℃,制备的NACF的氮含量提升至6.80%;红外光谱图中有C=N键的伸缩振动,全谱扫描曲线出现氮元素能谱峰信号;碳纤维被刻蚀,孔结构有损伤,微孔比表面积和孔体积下降;在6 mol/L KOH中,电流密度为0.2 A/g时,比电容可达300.12 F/g,循环充放电2000次后电容的保持率为96.5%。认为:采用一步水热法制备氮掺杂柔性多孔碳布,可实现氮原子的高效掺杂,其产品具有优异的超级电容器性能。

柠檬酸改性氧化棉织物对重金属离子的高效吸附

采用高碘酸钠(NaIO_(4))、亚氯酸钠(Na Cl_(4)O_(2))两步氧化法,将棉织物纤维素的C_(2)和C_(3)位羟基选择性氧化为羧基,然后利用柠檬酸(CA)对其进行改性,制备高羧基含量的织物,并将其用于吸附水中的重金属离子。筛选了Na IO4氧化时间,探讨了CA浓度、铅离子(Pb^(2+))溶液p H、Pb^(2+)初始浓度、吸附时间以及重金属离子种类对改性棉织物吸附性能的影响。结果表明:NaIO_(4)氧化时间为2 h时,棉织物上引入大量羧基且保持织物形态不变。CA改性织物对Pb2+的吸附能力随CA浓度的提高而增强,在p H=4时,CA_(70)-POCF_(2)对Pb^(2+)的平衡吸附量为166.22 mg/g;吸附符合Langmuir吸附等温线,遵循准二级动力学模型。此外,CA_(70)-POCF_(2)对Pb^(2+)、Cu^(2+)和Cr^(6+)混合重金属溶液也具有良好的吸附能力。