苏伟[1]2003年在《椰壳基微孔活性炭制备与表征研究》文中认为椰壳具有优良的天然结构，是制备活性炭的好材料。本文研究以椰壳为原材料，制备微孔活性炭的有效方法。首先采用一种无活化剂方法制备微孔活性炭。在椰壳热解过程中，突然节流膨胀，依靠气流冲击作用改善椰壳组织结构、促进活性炭微孔的形成与发展。实验表明，选用适宜制备条件可以使活性炭比表面积达到500m2/g，并且孔径均一。在椰壳热解过程中，加入低浓度氧气氧化，同样可以促进活性炭微孔形成，活性炭比表面积可超过700m2/g，孔径分布很窄，平均孔径小于1nm。氧化时间、氧化温度和氧气浓度是影响活性炭性能的叁个主要因素。以越南进口椰壳炭化料为原材料，分别采用KOH、水蒸气和一种复合型活化剂来制备活性炭。研究表明，以水蒸气为活化剂时，可以在一两个小时活化时间内，使活性炭比表面积达到1500m2/g，继续活化，比表面积则很难有进一步提高。采用KOH活化可以得到高比表面积活性炭，活化时间、活化温度、碱碳混合比例和碱碳混合方式是影响活性炭性能的主要因素。复合型活化制备工艺简单、无污染，与二氧化碳活化相比，其活化时间大大缩短。中试规模研究证实了这种方法的可行性。选用几种有代表性活性炭，利用吸附数据表征其比表面积和孔径分布。结果表明，BET法可以计算一些较大尺寸微孔活性炭的比表面积；DRK法也可以估算微孔活性炭比表面积，但是仍有较大局限性。提出了一种简单、有效的孔径分布计算方法。与D. Cazorla-Amoros计算孔径分布方法相比，该方法有了较大改进，主要表现在选取的局部等温线更为合理、准确；考虑了吸附相密度在孔内分布；能够计算出过剩吸附量，可以直接拟合实验数据。本研究中制备出的高比表面积活性炭对甲烷具有较强的吸附能力，而在常温下，对氢气的吸附量较低。活性炭对甲烷和氢气的吸附不仅受孔体积影响，还与其孔径分布密切相关。
魏海博[2]2012年在《高比表面积椰壳基活性炭制备及其在超级电容器中应用研究》文中指出本文以椰壳炭化料为原料、KOH作为活化剂，研究了高比表面积活性炭制备过程中工艺条件对活性炭结构和性能的影响。使用真空辅助、复合和二次活化等不同的方法，对活性炭的孔结构进行了调节。将制备得到的活性炭组装成超级电容器，研究了活化工艺条件、孔结构调节方法对活性炭比容量和电容器的充放电性能的影响。研究表明：活化剂KOH与椰壳炭化料之间的比例，即碱炭比例是活性炭制备过程中最重要的工艺条件，活化反应的进行需要在一定的活化温度下保证足够的活化时间，同时升温速率和保护气流量处于合适量值，而为了使得制备得到的活性炭比表面积足够高的同时收率处于较高水平，则要选取合适的炭化料尺寸。结果表明，采用颗粒尺寸80~180μm的炭化料在碱炭比例4:1-5:1、活化温度750℃~800℃之间、活化时间1~1.5h、升温速率10℃/m in、保护气流量800mL/min的工艺条件，可以制备出高比表面积活性炭。研究不同活化方法对活性炭孔径的调节作用，能够有效扩大活性炭的应用范围，满足更多的实际应用需求。在炭化料和活化剂的溶解混合过程中，采用真空辅助方法能够有效调节活性炭的孔结构，制备的活性炭比表面积达到2366m2/g，孔容积达到1.356cm3/g，中孔率达25.37%，与不采用真空辅助方法时相比，孔容积增长0.382cm3/g，中孔率增长22.19%。将真空辅助溶解混合用于二次活化方法中，能够使二次活化方法对不同比表面积活性炭均衡的作用效果扩大化，使活性炭比表面积由2281m2/g提高到2488m2/g，中孔率从12.89%提高到32.19%。相比之下，ZnCl2和KOH复合活化剂能够有效增加活性炭中孔含量，但会使得活性炭的比表面积有所降低，而在20%的加入量下，活性炭中孔率增加13.21%，比表面积由2333m2/g降低到2316m2/g，降低效果基本可以忽略。应用于超级电容器的活性炭应具有高的比表面积和中孔率，活性炭孔径的扩大有利于电解液离子在孔道内的传输，提高电容器的比容量。研究结果表明，比表面积2413m2/g、中孔率4.03%的活性炭为电极材料，组装成超级电容器后活性炭比容量241F/g。活性炭的中孔率增加将对比容量产生影响，中孔率大于20%后，将超过比表面积成为影响比容量的最主要因素，对活性炭孔径调节后得到的比表面积2488m2/g、中孔率32.19%的活性炭，比容量达到294F/g。
杨坤彬[3]2010年在《物理活化法制备椰壳基活性炭及其孔结构演变》文中研究指明随着经济的不断发展,一方面是资源、能源危机的日益突出,另一方面是环境的不断恶化,这些都制约了社会的可持续发展。目前在活性炭的制备研究中主要以生物质资源和煤等为原料制备活性炭。而生物质资源具有成本低、可再生的特点,通过炭化和活化制备出具有发达孔隙结构的活性炭产品,提高其经济价值具有重要意义。本论文以椰壳为原料进行活性炭的制备研究,考察了两种加热方式以及不同活化剂在两种工艺路线下制备椰壳基活性炭,分析了加热方式和活化剂种类对活性炭孔结构和表面化学性质的影响。实现对可再生生物质资源的综合利用,使其符合节能、环保、高效的社会要求。利用热重分析仪对椰壳的炭化过程进行了研究,对物料在不同升温速率下的热解特性和动力学分析,探讨了热解机制,得到了热解动力学参数。结果表明,升温速率对热解特性和得率均有影响：通过采用分布活化能模型,椰壳的活化能呈“N”形变化,反映了椰壳在热解过程中不同阶段反应性能的变化规律。系统考察了炭化温度对椰壳炭化料得率及其性质的影响,分析了炭化料孔结构、微晶结构和表面化学性质,揭示了物料的炭化过程的演变规律。研究表明,随着炭化温度的升高,炭化料的得率不断降低,而比表面积、总孔容、微孔容增加,平均孔径减小,微孔孔径分布向较小孔径方向移动。随着炭化温度的升高,炭化料中石墨微晶数增加,微晶中石墨烯片层堆积厚度Lc、微晶直径La、石墨片层数增加,石墨微晶平均层间距d002减小,使其微晶中层与层之间的排列更趋于规整、有序。含氧官能团随着炭化温度的升高而减少。.采用不同加热方式和活化剂,考察了活化温度和活化时间对活性炭得率及其性能的影响,分析了活性炭产品孔结构和表面化学性质,探讨了在不同加热方式及活化剂下活性炭孔结构的形成机制。结果表明,无论是采用水蒸气或C02进行活化,微波加热均可缩短约50%的活化时间和降低100～150℃的活化温度。微波加热所制备的活性炭有更高的比表面积、总孔容积和微孔容积；在相似得率下,微波加热制备的活性炭有更高的比表面积；在相似比表面积下,微波加热制备的活性炭有更高的得率。以水蒸气为活化气体时,无论是常规加热还是微波加热,其活化过程均为一个开孔和扩孔同时发生的过程；以CO2为活化剂时,在常规加热条件下,其活化过程为先开孔后扩孔的过程；在微波加热条件下时,其活化过程与常规加热不同,则为一个开孔和扩孔同时发生的过程。微波加热所制备活性炭的含氧官能团减少。采用一步法制备活性炭研究,分析了加热方式及活化剂对活性炭产品孔结构和表面化学性质的影响。结果表明,微波加热制备的活性炭的比表面积比常规加热的高,CO2活化制备的活性炭的比表面积比水蒸气的高。一步活化法具有所需活化时间较短,活化温度较低,得率较高的优点。通过系统研究不同炭化温度的炭化料对活性炭孔结构的影响,采用高温炭化和微波加热活化工艺,制备高比表面积活性炭,降低了活化时间,提高了活性炭的得率,并分析了样品的孔结构和表面化学性质。结果表明,炭化温度对活性炭的孔结构及其得率有明显的影响。随着活化时间的延长,不同炭化温度的炭化料所制备的活性炭的比表面积、总孔容积和微孔容积均增加,且得率不断降低。高炭化温度的炭化料所制备的活性炭的比表面积、总孔容积和微孔容积比低炭化温度的高,且得率也较低炭化温度的高。在微波加热条件下,使用水蒸气、CO2及其它们的混合气体为活化剂,能够制备出具有比表面积大于2000m2/g的高比表面积活性炭,、活化时间大大缩短,且得率较高。CO2活化能够制备出具有最大比表面积的活性炭,且有更为一致的孔径分布。所制备的活性炭的表面官能团与活化剂种类无关,而与炭化料的性质有关。总之,本论文考察了加热方式以及活化剂种类在两种工艺路线(两步法和一步法)下制备椰壳基活性炭,分析了不同加热方式和活化剂种类对活性炭孔结构和表面化学性质的影响。通过对炭化温度对炭化料和活性炭影响的系统研究,采用微波加热,制备出具有高比表面积的活性炭产品,极大的缩短了活化时间,提高了产品的得率,实现了节能降耗,为物理法在短时间内制备出高比表面积活性炭提供了一条新的工艺路线。
欧阳少波[4]2014年在《煤矿瓦斯真空变压吸附分离与富集的研究》文中研究指明我国是世界上第二大能源消耗国,其中煤炭在能源消费结构中占70%以上,每年因采煤而排放的CH4量超过200亿m3,抽采出的煤矿瓦斯中因混入大量的空气,使得大部分煤矿瓦斯浓度较低不能直接利用,其利用率仅10%。煤矿瓦斯主要成分为CH4,直接放空一方面会污染空气,引起温室效应；另一方面会浪费能源。因此,对于煤矿瓦斯的分离和富集的研究具有十分重要的现实意义和理论价值。煤矿瓦斯主要含有02、N2和CH4。本文针对煤矿乏风瓦斯(0.52%CH4,N2平衡气)、含氧煤矿瓦斯(10-15%O2,30-40%CH4, N2平衡气)和脱氧后煤矿瓦斯(40-50%CH4,N2平衡气)分别进行了分离与富集的初步探讨。由于N2和CH4物理特性较为接近,难以找到合适的吸附剂采用变压吸附工艺(PSA, pressure swing adsorption)对N2和CH4进行有效地分离。本文利用9种商业活性炭、一种活性炭纤维及一种13X分子筛为吸附剂,研究了N2和CH4在不同吸附剂上的吸附热力学和吸附动力学特性。利用上述9种商业活性炭和5种自制炭质吸附剂,考察其CH4/N2分离因子与吸附剂比表面积、微孔孔容、微孔率及微孔孔径分布之间的关系,确定了分离CH4/N2的主要影响因素,为后续活性炭的制备提供指导意义。以椰壳基活性炭为吸附剂,采用真空变压吸附(VPSA, vacuum pressure swing adsorption)工艺对煤矿乏风瓦斯进行了研究。椰壳经热解制备椰壳炭,考察了椰壳炭易磨性与热解温度的关系,确定了最佳的热解温度。之后利用球磨至一定粒度的粉体椰壳炭为前驱体,酚醛树脂为粘结剂,采用水蒸气为活化剂制备成型活性炭。以制备的活性炭为吸附剂,采用两塔VPSA装置对CH4含量在0.5%左右的乏风瓦斯模拟气进行富集研究,可以将乏风瓦斯富集到1.5%以上,回收率超过96%,废气中CH4含量低于200ppm。采用两塔VPSA工艺和叁塔VPSA工艺对含氧煤矿瓦斯进行脱氧试验研究。两塔VPSA工艺脱氧的研究中,选取了两种商业炭分子筛CMS1和CMS2为吸附剂。以CMS1为吸附剂,利用两塔Skarstrom VPSA工艺进行含氧煤矿瓦斯的脱氧,脱氧过程存在安全隐患,同时CH4回收率较低。在吸附阶段后增设置换步骤,能够实现含氧煤矿瓦斯安全有效的脱氧。采用有置换步骤的两塔VPSA工艺,对CMS1和CMS2的脱氧效果进行对比研究,结果表明CMS2具有更高的CH4富集能力,但CH4回收率低,产气中O2浓度也相对较高,而CMS1具有更好的脱氧能力和更高的CH4回收率,但CH4的富集浓度较低。为了实现含氧煤矿瓦斯安全有效地脱氧的同时,提高CH4富集效果,提出了一种分层VPSA工艺,即将CMS1和CMS2两种炭分子筛沿吸附气流的方向在吸附塔内按体积比1：1进行填充。研究结果显示,组成为37.62%CH4、13.10%O2和49.28%N2的原料气,采用分层VPSA工艺分离后,产气中CH4和O2的浓度分别达50.78%和0.44%,废气中CH4浓度为2.62%,CH4回收率达95.9%。对于两塔VPSA工艺,由于吸附塔有效体积小,原料处理量低,原料气及产气都不连续,因此对两塔工艺进行优化,设计并搭建了一套叁塔VPSA装置。利用CMS2为吸附剂,考察叁塔VPSA工艺对含氧煤矿瓦斯脱氧的效果,结果表明该工艺可以达到含氧煤矿瓦斯安全脱氧的目的,使产气中02浓度由10%左右降低至0.5%以下,废气中CH4浓度低于5%,CH4回收率超过95%,且产气中CH4浓度较原料气中CH4浓度高出10%左右。含氧煤矿瓦斯经脱氧后,产气中CH4浓度仍低于商业管道天然气标准,需要进一步富集。为此在叁塔VPSA工艺中,引入了N2的逆向充压、富CH4的逆向置换和逆向均压等步骤。采用改进后的叁塔VPSA工艺,一种商业活性炭为吸附剂,对脱氧后煤矿瓦斯进行考察。结果表明对于CH4浓度在40%-50%之间的原料气,随着原料气中CH4浓度的增加,产气中CH4富集效果有所增加,但是CH4回收率降低,产气中CH4浓度可达到95%,回收率超过90%。
付晓亭[5]2012年在《淀粉基炭微球的结构及其在电化学电容器中的应用研究》文中指出淀粉作为一种新兴的炭质材料前躯体，不仅具有低污染性、可再生性、来源广泛性、经济适用性等优点，还具有杂质含量低、具有天然的球形结构、碳元素含量高等独特的优势。如果能够通过一定的处理方法，在炭化过程中成功保持淀粉颗粒的球形结构，便能得到具有良好球形度的炭微球材料。本文中采用不同的无机化学试剂成功地制备了能够保持马铃薯淀粉球形结构的炭微球，并研究了不同无机化学试剂的作用机理，分析了所得淀粉基炭微球的炭质结构特征。此外，通过一定的活化手段制备了淀粉基活性炭微球，并对所得淀粉基活性炭微球的电化学性能进行了研究。本文采用不同的无机化学试剂（磷酸、磷酸氢二铵、氯化铵）对淀粉热分解过程进行促进作用，制备了具有不同炭质结构特点的淀粉基炭微球。磷酸类化学试剂（磷酸、磷酸氢二铵）对淀粉炭化过程的促进作用，主要基于其在稳定化过程中与淀粉反应生成磷酸酯键，促进C6位置上羟基的脱除，从而促进炭质结构的生成；而氯化铵对淀粉炭化过程的促进作用，实际上是由于其分解产生氯化氢，氯化氢对淀粉化学脱水具有促进作用。铵盐类化学试剂（磷酸氢二铵、氯化铵）中存在氨基，氨基在炭化过程中对类石墨微晶的生成具有促进作用；而磷酸类化学试剂（磷酸、磷酸氢二铵）在炭化过程中分解产生偏磷酸类化合物，从而对炭微晶结构的有序堆迭起阻碍作用。本文对以磷酸为浸渍试剂制备的淀粉基炭微球进行不同条件下的KOH活化处理，制备活性炭微球并将其用作双电层电容器电极材料。研究结果表明，淀粉基活性炭微球在6mol L~(-1)KOH电解质溶液中，具有优异的电化学性能，并在大电流条件下具有高电容量和良好的循环稳定性。尤其是在碱炭比为4:1条件下制备的淀粉基活性炭微球，具有良好的倍率性能，在高达400mV/s的扫描速率下，循环伏安曲线仍能保持标准矩形形状；在电流密度高达48.9A/g的条件下，仍能保持217F/g的高质量比电容。以马铃薯淀粉为前躯体，使用简便、易操作的磷酸—水蒸气混合活化方法，制备了一种具有良好孔径分布的淀粉基活性炭微球。经过研究发现：随着活化时间的延长，所得的淀粉基活性炭微球的孔隙结构、中孔含量均有明显增加。在6mol L~(-1)KOH电解质溶液中的电化学测试中，所得活化样品均表现出了良好的电化学性能。
王永芳[6]2018年在《含磷、氮活性炭的电化学应用基础研究》文中研究说明本文旨在利用传统的活性炭材料研究制备性质稳定、价格低廉的高性能超级电容器和燃料电池活性炭电极材料。高性能的超级电容器和燃料电池电极材料要求活性炭具有优异的孔隙表面可及性和稳定的电化学性能,调控活性炭微观结构、孔隙结构和表面化学结构是制备高性能超级电容器和燃料电池活性炭电极材料的基础。因此,本文主要是通过调控活性炭表面的含磷和含氮官能团的种类以及孔隙结构,制备高性能的含磷、氮活性炭电极材料,应用于超级电容器和燃料电池阴极的氧还原反应。采用磷酸、KOH和水蒸气活化制备叁种类型的活性炭,以含磷活性炭的热处理和氨气改性为基本方式,调控活性炭表面含磷官能团和含氮官能团的结构。采用元素分析、X射线光电子能谱(XPS)、核磁共振(NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和氮气吸附等手段分析了活性炭的物理化学性质。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗考察了活性炭在水系电解质溶液中作为超级电容器电极材料的电化学性能,采用循环伏安和线性扫描伏安考察活性炭在碱性电解质溶液中作为燃料电池阴极材料的电催化氧还原性能,得出如下几点结论:(1)采用磷酸活化木质纤维原料和磷酸改性椰壳基活性炭制备了两种类型的含磷活性炭,随后置于氮气或氢气气氛下在400–900oC范围内热处理。结果表明,在热处理过程中含磷官能团C-O-P逐步演变成C-P-O、C_3-P=O和C_3-P结构甚至是单质磷。磷酸盐基团在氮气下比在氢气气氛下具有更好的热稳定性。在氮气下,当热处理温度在800oC以上时,C-O-P结构大量演变成C-P-O和C_3-P=O结构;然而,即使在900oC下,都未形成C_3-P结构。在氢气下,相应的演变发生在500oC,且形成了C_3-P结构并最终演变成磷单质。此外,位于类石墨微晶边缘的含磷官能团比位于碳骨架内的含磷官能团更容易发生演变。通过测试含磷活性炭作为超级电容器电极材料和氧还原电催化剂的电化学性能,结果表明,活性炭表面含磷官能团可引入赝电容,从而提高超级电容器活性炭电极的比电容量,磷元素含量为5.88wt%的活性炭的比电容量在0.1 A g~(-1)下达到185 F g~(-1)。在氧还原反应过程中,活性炭表面含磷官能团可改变氧还原反应路径使其更趋向于四电子过程。另外,中孔有利于电解质离子和氧分子在活性炭孔隙内的扩散。(2)采用KOH活化椰壳基炭,随后通过氨气改性引入含氮官能团。设计了叁种氨气改性方法来调控活性炭表面含氮官能团的种类。结果表明,活性炭表面含氮官能团的种类分布明显受氨气改性方法和温度的影响。当氨气改性温度为950oC时,活性炭中的吡啶氮相对含量最高,且中孔孔容显着提高。当温度继续升高到1000oC时,活性炭中的季氮含量明显增加。通过测试活性炭的电催化氧还原性能,结果显示,所制备的含氮活性炭具有优异的电催化氧还原活性,氧还原起始电位(–0.05 V vs.Ag/AgCl)和极限电流密度(在–1.0V vs.Ag/AgCl电位、1600 rpm转速和5 mV s~(-1)扫速下为4.55 mA cm~(-2))均比得上商业20%Pt/C催化剂(–0.02 V vs.Ag/AgCl和5.13 mA cm~(-2))。此外,氧还原反应以四电子路径催化,并具有较好的稳定性和优异的抗甲醇性能。这主要是由于活性炭表面的吡啶氮和季氮有利于提高电催化氧还原活性。(3)采用磷酸和水蒸气活化制备了两种类型的活性炭,随后通过氨气改性引入含氮官能团,测试了活性炭的电催化氧还原性能。结果显示,与水蒸气活化制备的活性炭相比,磷酸活化法活性炭经过氨气改性后其电催化氧还原活性更高,氧还原起始电位和极限电流密度分别为–0.09 V vs.Ag/AgCl和5.05 mA cm~(-2)(在–1.0 V vs.Ag/AgCl电位、1600 rpm转速和10 mV s~(-1)扫速下),均比得上商业20%Pt/C催化剂(–0.07 V vs.Ag/AgCl和5.24 mA cm~(-2))。此外,氧还原反应以四电子路径催化,且具有较好的稳定性和优异的抗甲醇性能。这主要归因于叁方面:第一,活性炭表面含磷官能团有利于氨气改性过程中氮原子的引入,导致活性炭中具有较高的吡啶氮和季氮含量;第二,磷酸活化法活性炭具有较高的中孔孔容;第叁,活性炭表面含磷官能团也有利于提高其电催化氧还原性能。这些结果说明了可直接采用工业上大规模生产的磷酸法活性炭经氨气改性后制备出廉价且无金属的高活性氧还原电催化剂应用于燃料电池中。
李艳[7]2015年在《磷酸活化法核桃壳活性炭的结构与性能研究》文中研究说明活性炭具有巨大的比表面积和发达的孔隙结构,是一种应用广泛的吸附材料。它的吸附性能和结构性质与制备工艺有着十分紧密的关系,因此通过改变工艺条件探究提高活性炭性能的方法一直是活性炭研究工作的重点。本文以核桃壳为原料、磷酸为活化剂,通过改变浸渍方式和在活化剂中加入不同的添加剂,研究了负压与普通静置的组合浸渍、搅拌与普通静置的组合浸渍对核桃壳活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值和机械强度的影响,采用氮气吸附脱附曲线分析了活性炭的比表面积和孔容孔径,分析热解过程以及观察孔隙形貌。研究表明,在2h的处理时间内,随着负压浸渍与搅拌浸渍时间的延长,核桃壳活性炭的碘吸附值都是先增大后减小,亚甲基蓝吸附值的变化规律则不同,机械强度都有所降低。随着负压时间的增加,活性炭的微孔容积先增加后减小、中孔容积逐渐增加、比表面积逐渐增加,在负压2.0h时分别达到0.5786 ml/g、0.148 ml/g和1210.0m2/g。随着搅拌时间的增加,活性炭的微孔容积、中孔容积和比表面积都表现出先增加后减小的变化趋势,在搅拌1.0h时活性炭分别为0.6192 ml/g、0.170 ml/g和1253.5 m2/g。在磷酸溶液中添加正硅酸四乙酯、钛酸正四丁酯、柠檬酸、柠檬酸钠、硼酸、糖精对核桃壳进行浸渍处理,所得活性炭的吸附性能和机械强度都有不同程度下降。柠檬酸钠能提高活性炭的中孔含量和比表面积,硼酸使活性炭中孔含量增多、微孔含量减少,糖精使活性炭的微孔和中孔含量都减少。不同浸渍处理方式对核桃壳热解过程的影响不明显,而在磷酸浸渍液中加入不同添加剂后,核桃壳热解过程的变化主要体现在热解失水阶段。核桃壳活性炭的孔结构是由胞状炭体以及炭体壁上不同程度分布的孔洞组成,不同浸渍方式和在活化剂中加入添加剂不会改变核桃壳活性炭的微观形貌。
李园园[8]2012年在《丝瓜络活性炭的制备及其除铬性能研究》文中认为以氯化锌和氢氧化钾化学活化法制备丝瓜络活性炭，考察不同因素对丝瓜络活性炭吸附性能的影响。通过正交试验，采用氯化锌活化制备丝瓜络活性炭的最佳条件为：活化剂浓度40%、浸泡时间12h、活化温度450℃和活化时间60min。其中，活化时间和浸泡时间对活性炭碘值、亚甲基蓝值以及得率的影响高度显着。在最佳条件下，制备的丝瓜络活性炭得率、碘值和亚甲基蓝值分别是29.07%、819.45mg/g和165.43mg/g；BET比表面积高达1020.33m2/g，主要以微孔为主，平均孔径为1.94nm的非晶型无定形炭结构。采用相同方案，以氢氧化钾作为活化剂制备丝瓜络活性炭的最佳条件为：碱炭比（氢氧化钾与炭前驱体质量比）4、活化温度800oC、活化时间30min、升温速率为10oC/min。碱炭比对碘值和亚甲基蓝值具有显着影响，活化温度、活化时间和升温速率对得率有高度显着性。在最佳条件下，所制备的活性炭的得率、碘值和亚甲基蓝值分别为15.63%、2926mg/g和528.58mg/g；BET比表面积高达3545m~2/g，平均孔径为2.13nm；以微孔结构的非晶型无定形碳结构为主。研究了所制备的丝瓜络活性炭对溶液中六价铬的去除，考察pH、吸附时间、Cr(VI)初始浓度、温度及振荡速率对两种活性炭去除铬效果的影响。氯化锌-活性炭的计量为1.0g/L，最佳除铬条件为：pH值、吸附时间、Cr(VI)初始浓度和振荡速率分别为2、1.0h、50mg/L和125r/min，室温（20℃）。在此条件下，Cr(VI)的去除率为95.98%，总铬的去除率和吸附量为86.87%和43.44mg/g。氢氧化钾-活性炭的计量为0.8g/L，最佳除铬条件为：pH值，吸附时间、Cr(VI)初始浓度和振荡速率分别为2、0.5h、60mg/L和175r/min，室温（20℃）。在此条件下，Cr(VI)的去除率为99.47%，总铬的去除率和吸附量为80.28%和60.21mg/g。两种活性炭均符合准二级动力学方程，相关系数均为1.0。两种活性炭对Freundlich模型方程具有良好的符合性，并且特征系数n均为:1<n <10，说明这两种活性炭对铬的吸附属于优惠吸附。吸附机理研究表明，活性炭吸附铬既有物理吸附还有化学吸附，同时还发生氧化还原作用，吸附[HCrO4]-的能力强于Cr(Ш)。通过SEM观察到，吸附后的活性炭表面存在大量发亮物质；通过EDAX能谱图确定，活性炭表面存在铬。通过FT-IR发现，由于氧化还原作用使-OH、C=C伸缩振动和环振动区的基团暴露。
马小丰[9]2012年在《淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用》文中研究说明因具有超大的比表面、化学性能稳定、较好的导电性能等优点，活性炭成为了超级电容器电极的重要材料之一。用H3PO4活化法和物理-化学复合法制备淀粉基活性炭时对环境污染较轻、对设备腐蚀性较小。如何通过改进工艺来提高活性炭孔隙发达程度、比表面积、利于形成双电层孔的比例进而改善活性炭的电化学性能是本论文研究的重点。主要工作如下：1、采用H3PO4活化法和物理-化学活化法制备淀粉基活性炭，通过碘吸附、氮气吸脱附、红外光谱仪、SEM表征淀粉基活性炭的孔结构、化学结构和表面形貌。结果表明，H3PO4活化法制备活性炭过程中活化温度是重要的影响因素，随着活化温度升高比表面积先降低，随后又逐渐升高了，当活化温度升到850℃时制备的活性炭比表面积为970m2/g。物理-化学复合活化法在温度为850℃，活化时间为120min下，制备的淀粉基活性炭比表面积为1438m2/g。2、将制备的活性炭用于超级电容器，采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电技术测试其电化学性能。结果表明，比表面积与比电容并总是呈线性关系，550℃制备的活性炭比表面积仅为572m2/g，但是比电容达138F/g。物理-化学复合活化法在温度为850℃，活化30min下制备的活性炭比电容为158F/g。3、用制备的淀粉基活性炭作电极材料，以泡沫镍片、不锈钢网、石墨纸作为集流体制备电极。对活性炭电极的电化学性能进行测试，结果表明，石墨纸电极电化学性能最优，比电容达200F/g。
杜嬛[10]2009年在《天然植物基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究》文中研究指明超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,它具有比传统电容器更高的比能量,比电池更高的比功率。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,因此相关的研究工作一直是该领域的研究热点。本论文系统地研究了植物基多孔活性炭的制备、表面改性及其作为炭基双电层电容器电极材料的电化学性能。首次研究了用微波法自制的纳米氧化铁与植物基活性炭组成的非对称超级电容器的电化学性能。综合运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对活性炭材料和纳米氧化铁颗粒的结构及表面性质进行分析表征,通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究了活性炭材料和氧化铁材料的电化学性能。探讨了电极材料的结构及表面性质对其电化学性能的影响。主要研究结果如下:首次以苎麻纤维为原料,采用ZnCl2一步活化法在短时间、低温条件下制备出具有高比表面积、高收率的微孔型活性炭纤维材料。系统考察了ZnCl2/原料纤维浸渍比、活化温度和活化时间对苎麻基活性炭纤维结构、表面性质及电容性能的影响。在最优工艺条件下制备的苎麻基活性炭纤维具有超过1600 m2/g的比表面积,孔径集中分布在0.5~2 nm,其在30wt.% KOH水溶液中具有高达253 F/g的放电比电容、良好的功率性能和循环性能。以椰壳、杏壳基活性炭为原料,采用浓硝酸对活性炭进行表面氧化改性。研究表明氧化处理后活性炭的比表面积和孔容虽有减小,但炭表面的含氧官能团数量大幅增加,其中羟基的增幅最明显。由羟基产生的赝电容对活性炭材料比容量的提高贡献最大;同时表面含氧官能团的增多对活性炭材料的大电流密度放电性能也有较大改善。首次采用以微波法制备的氧化铁纳米颗粒为正极材料,椰壳基活性炭为负极材料,组装成非对称电容器,并深入研究了其电化学行为。研究表明,与椰壳基活性炭电容器相比,氧化铁/活性炭非对称电容器具有较高的工作电压,可达1.2 V;能量密度可达9.25 Wh/kg,提高了53.4%。循环寿命测试结果表明非对称电容器具有稳定的充放电性能。
参考文献：
[1]. 椰壳基微孔活性炭制备与表征研究[D]. 苏伟. 天津大学. 2003
[2]. 高比表面积椰壳基活性炭制备及其在超级电容器中应用研究[D]. 魏海博. 国防科学技术大学. 2012
[3]. 物理活化法制备椰壳基活性炭及其孔结构演变[D]. 杨坤彬. 昆明理工大学. 2010
[4]. 煤矿瓦斯真空变压吸附分离与富集的研究[D]. 欧阳少波. 大连理工大学. 2014
[5]. 淀粉基炭微球的结构及其在电化学电容器中的应用研究[D]. 付晓亭. 天津大学. 2012
[6]. 含磷、氮活性炭的电化学应用基础研究[D]. 王永芳. 南京林业大学. 2018
[7]. 磷酸活化法核桃壳活性炭的结构与性能研究[D]. 李艳. 东南大学. 2015
[8]. 丝瓜络活性炭的制备及其除铬性能研究[D]. 李园园. 集美大学. 2012
[9]. 淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用[D]. 马小丰. 北京化工大学. 2012
[10]. 天然植物基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究[D]. 杜嬛. 天津大学. 2009
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