生物質(zhì)碳材料的制備及其性能研究.pdf

1、碳材料因具有優(yōu)異的吸附性、良好的熱穩(wěn)定性、較高的機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)，在廢水廢氣處理、電極材料、生物載體等方面具有良好的應(yīng)用前景，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的用于制備碳材料的原料主要是石油、煤炭等化石資源，隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，資源利用的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，化石資源消耗量增速減緩，可再生資源成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。中國(guó)人口眾多，人均資源匱乏，開(kāi)發(fā)利用可再生資源迫在眉睫。
　　近年來(lái)，生物質(zhì)作為一種新興的可再生資源，價(jià)格低廉、儲(chǔ)量巨大、

2、對(duì)環(huán)境友好，開(kāi)始被廣泛關(guān)注。通過(guò)不同方法如熱分解法、微波炭化法、水熱法等，可以將生物質(zhì)中的大量碳元素轉(zhuǎn)化為富含活性官能團(tuán)、比表面積大、具有微孔結(jié)構(gòu)的功能化生物質(zhì)碳材料，并廣泛應(yīng)用于廢水廢氣吸附和超級(jí)電容器領(lǐng)域。水熱炭化法作為一種溫和的炭化方法，相較于高溫炭化法，具有處理設(shè)備簡(jiǎn)單、廢棄生物質(zhì)中碳元素固定效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被證明可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖δ芑疾牧稀?br>　　玉米秸稈和梧桐葉作為一種來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的生物質(zhì)，其不適當(dāng)

3、的處理不僅對(duì)環(huán)境造成污染，也是對(duì)生物質(zhì)資源的浪費(fèi)。本文以玉米秸稈芯和梧桐葉為碳源，通過(guò)水熱法和KOH活化法制備多孔生物質(zhì)碳材料，并用作六價(jià)鉻廢水吸附劑和超級(jí)電容器電極材料。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　以玉米秸稈芯為碳源，利用水熱法進(jìn)行炭化，通過(guò)正交試驗(yàn)得到最佳工藝條件。結(jié)果表明，最佳工藝條件下所制備的碳材料為幾百納米的炭微球，并且具有一定程度的石墨化，對(duì)六價(jià)鉻離子具有一定的吸附效果，吸附容量為1.182 mg/g;
　　利用PV

4、P修飾的水熱碳材料為類(lèi)球形，表面粗糙，比表面積更大，因此擁有更大的吸附效率，吸附容量達(dá)到2.264 mg/g;
　　將水熱碳材料經(jīng)過(guò)KOH活化后，得到了表面具有蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，且具有更高的石墨化程度。利用得到的多孔碳材料用作超級(jí)電容器電極材料，表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。在電流密度為0.5A/g時(shí)，多孔碳材料電極具有最大的比電容量，達(dá)到315.5F/g。并且在電流密度為20A/g時(shí)，多孔碳材料電極具有優(yōu)良的循環(huán)特性，循環(huán)200

5、0次后仍有81.8％的比電容被保留;
　　以梧桐葉為碳源，利用水熱法進(jìn)行炭化，制備出了粒徑為1-3μm生物質(zhì)炭微球，并且具有一定程度的石墨化。通過(guò)對(duì)六價(jià)鉻離子吸附效果研究發(fā)現(xiàn)，梧桐葉水熱碳材料具有良好的吸附性能;
　　利用KOH活化法對(duì)梧桐葉生物質(zhì)碳材料進(jìn)行活化，得到具有更高石墨化程度的物質(zhì)，其表面具有蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，在超級(jí)電容器電極材料中表現(xiàn)出優(yōu)良性能。電流密度為0.5 A/g時(shí)，多孔碳材料電極的比電容量為365 F/g;