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摘要:为了获得性能优良、成本低廉的二维炭材料, 选择木质素磺酸钠为碳源、硼酸作为模板剂, 经溶液混合、高温炭化和沸水回流等过程制得木质素基炭纳米片, 当m (硼酸):m (木质素磺酸钠) 为1:1、5:1和10:1时, 分别标记为SLB-1、SLB-5和SLB-10.通过扫描电镜 (SEM) 和透射电镜 (TEM) 等手段分析了炭纳米片的微观形貌, 采用X射线衍射 (XRD) 、X射线光电子能谱 (XPS) 和激光拉曼光谱等手段检测了炭纳米片的晶体结构、元素组成和表面性质, 通过循环伏安 (CV) 、恒电流充放电 (GCD) 和交流阻抗 (EIS) 等方法检测了炭纳米片的电化学性能, 结果表明:SLB-5具有完好的二维片层结构, 通过调整硼酸与木质素磺酸钠的质量比, 可以有效调控炭纳米片的厚度.SLB-5具有一定的石墨化程度, 模板剂被完全去除, 含氧元素高达16.63%, 同时, SLB-5炭纳米片厚度达到纳米级, 电流密度为1 A/g时比电容为350.79 F/g, 电流密度增加到10 A/g时比电容仍可以保持79.95%, 循环5 000次后比电容可以保持90%以上....
摘要:竹材是重要的林业可再生资源,以竹材代替木材制备活性炭可节省大量木材.以竹粉为原料,经磷酸活化成型后进行水蒸气二次活化,在不同工艺条件下制备了高吸附性能活性炭.通过碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、N2吸附-脱附等温线、二硫化碳动态吸附量等对所制活性炭的性能进行表征.结果表明:在磷酸浸渍比1.2:1、活化时间20 min、活化温度450℃,水蒸气活化温度875℃、活化时间1 h、流量3.0 mL/min条件下,制得的活性炭BET比表面积为1264.60 m2/g、总孔容积为1.227 cm3/g、平均孔径为3.88 nm、碘吸附值为1452.96 mg/g、亚甲基蓝吸附值为307.5 mg/g、强度为91.76%、得率为30.42%;在动态干燥和30%相对湿度条件下,对二硫化碳的单位质量吸附量分别为0.416和0.390 g/g.活性炭对CS2的吸附能力主要与活性炭的孔结构有关,微孔发达、平均孔径小、碘吸附值高的活性炭更有利于CS2的吸附.由于竹材表观密度相对较低,且受到竹材自身组分的限制,所制活性炭的强度低于椰壳活性炭....
摘要:木质素是3种木质纤维类可再生生物质资源之一,同时是自然界中含量最丰富的芳香类天然高分子聚合物,其含碳量超过50 %,是制备炭材料的理想前驱体.中孔炭材料具有比表面积高、孔径大等特点,在医学器件、催化、超级电容器等方面有着广泛的应用,模板法是制备中孔炭材料的常用方法.主要介绍以木质素为碳前驱体通过硬模板法、软模板法以及双模板法制备中孔炭材料并调控孔结构,重点介绍了制备最新进展....
摘要:以乙基纤维素(EC)为包覆材料,无水乙醇为溶剂,在50 ℃溶解制成包膜液.将制备好的包膜液均匀地喷涂在成型活性炭的表面,经热处理后,制备得到包覆EC的活性炭产品.考察了包膜液的质量分数、喷涂体积及热处理温度对包覆活性炭强度和吸附性能的影响.结果发现:膜液质量分数4.23%、30 g活性炭喷涂20 mL膜液、热处理温度140 ℃条件下,制备的包覆活性炭产品强度达93.66%,相比原料活性炭提高7.35个百分点,丁烷工作容量为86.0 g/L,相比原料活性炭下降9.6 g/L,在活性炭表面形成了一层3~4 μm的薄膜.EC包覆没有改变活性炭内部的孔结构特征,但会影响活性炭表面的润湿性,经EC包覆后活性炭水接触角(θ)为89.76°(原料活性炭的θ为15.41°),疏水性能显著提高;包覆后的活性炭产品表面光滑平整,无浮尘,形状保持良好....
[期刊论文] 许伟 刘军利 孙康 宋曜光
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:为了研究高温重整方法对活性炭性能的影响,以商品磷酸法木质成型活性炭为原料,考察了不同升温/降温方式、重整温度和重整时间对活性炭强度、孔结构、着火点和官能团的影响。结果表明:快速升温至800℃重整活性炭30~75 min后快速降温的方式(快速升温/快速降温( FH/FC))可使活性炭强度提高5.75%~6.39%,得率保持在83.54%以上,比梯度升温/自然降温(GI/ND)更高效节能。对经800℃重整30和60 min后的活性炭的孔结构和吸附性进行研究,发现活性炭的比表面积和总孔容积分别下降约400 m2/g和0.3 m3/g,孔径分布在1.2 nm以下的微孔所占的比例增加,对亚甲基蓝的吸附性能略有下降,而对碘的吸附性能略有提高,丁烷工作容量下降15%以内。经高温重整后,活性炭的着火点显著提高,800℃重整60 min后,着火点提高100℃以上,这与高温重整后活性炭表面含氧官能团数量的减少有关。...
[专利] 发明专利 CN201711266678.4
摘要:一种木质素基分级孔炭材料及其制备方法和应用,将碱木质素与Pluronic F127溶于四氢呋喃中,同时配制Mg(CH3COO)2•4H2O水溶液;混合两种溶液并加入盐酸充分搅拌得到混合液;将上述混合液置于烘箱挥发溶剂,完全干燥后得到黑褐色固体;收集黑褐色固体置于管式炉中高温炭化,反应结束后持续通入氮气或惰性气体冷却至室温;最后进行酸洗、水洗,干燥后得到黑色粉末状的木质素基中孔炭材料;将此中孔炭材料进一步通过CO2活化法或KOH活化法在氮气或其他惰性气体保护下高温活化,经酸洗、水洗,干燥后得到黑色粉末状的木质素基分级孔炭材料。所得木质素基分级孔炭材料比电容可高达350F/g。
[硕士论文] 宋曜光
林产化学加工工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:木质素是可再生木质纤维类生物质资源三大主要成分之一,储量丰富且含碳量超过50%,成为制备中孔炭材料的理想碳前驱体。诸多中孔炭制备方法中,模板法展现出十分优异的孔结构调控性能,然而工业木质素分子结构高度复杂,单独以硅基多孔分子筛和嵌段聚合物为模板剂容易造成孔道坍塌、多孔性变差。本论文根据木质素分子结构特点,选择纳米MgO和Pluronic F127为模板剂制备中孔炭材料,系统考察了制备工艺条件对孔结构的影响,并作为超级电容器电极材料评估其电化学性能,进一步探讨了双模板法炭化过程中各组分的热化学行为,并对木质素基中孔炭活化以提高电容性能。具体研究内容和结果如下:
  (1)模板法制备木质素基中孔炭材料及电化学性能研究
  以造纸黑液碱木质素为碳前驱体,双模板法制备木质素基中孔炭材料,系统研究了模板剂的成孔机理、质量比及前驱体复合物干燥方式等工艺条件对孔结构的影响。硬模板剂纳米MgO以空间占位作用充当主模板剂,软模板剂Pluronic F127通过阻碍Mg2+团聚同时作为分散剂。所得炭材料比表面积、孔容积分别高达712 m2/g、0.90 cm3/g,中孔率超过83%,孔径集中分布在9nm左右。作为超级电容器电极材料时,比电容为186.3F/g,循环5000次后保持率高达93.4%。
  (2)模板法制备木质素基中孔炭材料热化学行为研究
  采用TG-FTIR-MS联用技术模拟炭化过程,实时采集分析热解产物,并结合半焦红外谱图分析探究双模板法炭化过程中各组分的热化学行为。结果表明,模板剂炭化后无焦炭生成,木质素是中孔炭材料的唯一碳源。炭化过程中主要生成了CO、H2O、CO2、甲烷、乙醛等小分子物质以及C2+·、O+·、CH2+·、C2H6+·和C3H6+·等过渡态离子碎片。此外,随着炭化温度升高,脂肪族C-C、C-O键率先断裂,然后F127和Mg(CH3COO)2·4H2O完全热解,木质素中与苯环相连的C-H、C=C及C-C键相继断裂,600℃后苯环上C=C键断裂形成无定型结构的焦炭,800℃以后炭化基本结束,炭材料表面形成了少量含氧官能团。
  (3)木质素基中孔炭材料的活化及电容性能研究
  以CO2、KOH为活化剂优化木质素基中孔炭材料孔道结构以提高电解液离子在孔道内的扩散速度,制得木质素基分级孔炭材料,孔径分布分别在0.8、1.2和10nm左右。此外,比表面积显著增大,电荷存储能力得以有效提高。CO2活化且烧失率为46.4%时,比表面积和孔容积分别为1.945 m2/g、2.47 cm3/g,接近活化前木质素基中孔炭的3倍,比电容高达320.9 F/g; KOH活化且KOH/中孔炭质量比2∶1时所得分级孔炭的比表面积、孔容积分别为1.490 m2/g、1.32 cm3/g,比电容高达350.1 F/g。
[专利] 发明专利 CN201611094497.3
摘要:一种碱木质素基超级电容器用多孔炭材料及其制备方法和应用,将造纸黑液中粗提纯的碱木质素与三嵌段聚合物Pluronic F127和Mg(CH3COO)2·4H2O混合,加入甲醛与盐酸充分搅拌均匀得混合液;将上述混合液置于烘箱中干燥,得到黑褐色固体;然后将黑褐色固体置于管式炉中进行炭化反应,反应结束后持续通入氮气或惰性气体冷却至室温;最后进行酸洗、水洗,干燥后得到黑色粉末状的多孔炭材料。所得材料可应用于双电层超级电容器中,炭化过程中,不使用强酸、强碱等强腐蚀性化学物质,对设备的损耗降到最低;所用原料为制浆造纸工业中的副产物,实现了资源的最大化利用,并且木质素来源广泛、价格低廉,降低了生产成本。
[专利] 发明专利 CN201610802294.9
摘要:一种提高颗粒活性炭强度和表面疏水性的方法,以乙基纤维素为包覆材料,无水乙醇为溶剂,加热搅拌状态下溶解配制浓度为1%~6%的包膜液。将制备好的一定体积的包膜液均匀的喷涂在一定质量或体积的颗粒活性炭表面,经80℃~160℃热处理一段时间后,制备出了包覆乙基纤维素的活性炭产品。本发明所述方法具有操作简便,流程短,能耗低,安全环保等特点,有效的结合了乙基纤维素膜疏水性强和颗粒活性炭吸附性能好的优点,制备出的产品强度高、耐磨损,表面浮灰少,表面疏水性强,可用于挥发性有机气体的防护治理、有机溶剂的回收、汽车碳罐的使用等领域。
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