生物质基掺氮活性炭材料的制备及超级电容器和气体吸附性能的研究
近年来，气候变化和能源短缺问题严峻，人们对环境友好型高功率能源资源的需求日益紧迫。超级电容器具有脉冲功率输出高，循环寿命长等优点，是一种很有发展前景的储能器件。活性炭是被人们最早制备和利用的超级电容器电极材料，在超级电容器、电化学储能等领域显示出广泛的用途。同时，活性炭还可应用于储氢、CH4储存和CO2捕获等领域，对燃料电池，大气环境改善有很大帮助。本文利用天然生物质为原料采用KOH活化方法制备活性炭材料，研究反应条件对材料性质的影响，并探讨材料性质与其电性能和气体吸附性能之间的关系。 本研究主要内容包括：⑴以大麻杆为原料采用KOH活化的方法制备活性炭，研究炭化温度对样品性能的影响。随炭化温度升高，活化样品比表面积下降(3098～2167m2g-1)，但超微孔比例升高，平均孔径减小。在电性能测试中比电容随炭化温度升高呈下降趋势，由288Fg-1降至237Fg-1。⑵以向日葵茎髓为原料采用KOH活化的方法制备活性炭，研究活化碱炭比对样品性能的影响。该种原材料具有较高灰分含量（约15％），在KOH活化之前采用盐酸洗涤的方法去除灰分。随碱炭比增大，活化样品比表面积增大，电性能增强。当碱炭比为5时，比表面积达3027 m2 g-1，比电容达312 F g-1，且循环性能良好。⑶采用富氮的鸡毛和牦牛毛为原料，以KOH活化方法制备活性炭，研究动物蛋白质原料在高掺氮量活性炭制备中原料、活化温度、炭化温度和活化碱炭比对样品性能的影响。对鸡毛进行不同碱炭比和活化温度的KOH活化，碱炭比为4、650℃活化样品性能最佳，具有较大的比表面积和比电容，且在低温活化下具有较高的氮氧含量和超微孔含量，增大了样品的赝电容存储能力和CO2、CH4吸附能力。对牦牛毛进行了不同炭化温度和活化温度的KOH活化，500℃炭化、750℃活化牦牛毛活性炭具有超大比表面积，高达3650 m2g-1，H2吸附量达3.35 wt％。在低温活化中，随炭化温度升高，比表面积减小，超微孔含量增多，但孔道更通畅，比电容增大。其中，700℃炭化、600℃活化样品具有很强的电荷储存能力，在0.1 Ag-1下比电容达381 F g-1。
生物活性炭;活性炭制备;KOH活化;气体吸附
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
杨儒
2015
中文
TQ424.1;TQ420.1
106
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）