淀粉基炭微球的制備及應用研究.pdf

1、具有新穎獨特球形形貌的球形炭材料，作為一種新型的炭材料被賦予了更多性能特性。其不僅擁有發(fā)達孔隙結構和高比表面積，而且化學性質穩(wěn)定，機械強度高，廣泛應用于環(huán)境治理、電化學電極材料和催化等領域。當下傳統(tǒng)的炭微球的合成能耗高、產量低，對環(huán)境污染少開發(fā)利用資源豐富、價格低廉、來源廣泛、再生周期短的生物質為原料制備新型炭材料成為一個重要的發(fā)展趨勢。應用適當制備工藝保留淀粉顆粒形貌以實現炭微球的制備，并將其進行吸附和電極原料，具有一定的實際應用價值

2、。
　　本論文首先采用預氧化法制備淀粉基炭微球，通過對工藝參數的調控成功制備了炭微球，對中間過程產物進行系統(tǒng)的分析表征，研究制備過程中的穩(wěn)定化機理。預氧化法制備過程包括：①低溫保溫預氧化處理；②炭化處理，其中預氧化處理的溫度和保溫時間是制備的關鍵。在預氧化過程中，淀粉顆粒會經歷水分蒸發(fā)、分解、重排和縮聚等過程，使其內部的結晶結構被破壞，從而有利于淀粉球形形貌的保持。
　　預氧化法制備的淀粉基炭微球基本上沒有孔結構，比表面積較

3、小。為進一步改善淀粉基炭微球的吸附性能和電化學性能，選用KOH為活化劑對其活化造孔制備出具有高比表面積、優(yōu)良的吸附性能和極好的化學穩(wěn)定性的淀粉基活性炭微球，并討論活化參數對其成孔情況的影響。以淀粉基活性炭微球為吸附劑，考察了其對苯酚的吸附特性，結果表明該炭微球材料對苯酚吸附特性符合Langmuir模型，飽和吸附量為350.4mg·g-1，占其自身質量的35％。此外，淀粉基活性炭微球為原料，采用水熱法制備了CoFe2O4/ACs磁碳復合物

4、，并以其作為吸附劑研究對亞甲基藍（MB）的吸附特性。該吸附過程中，吸附劑對MB吸附速度快、吸附量高，此外吸附完成后可通過外磁場將吸附劑從溶液體系中移除，解決了吸附劑在體系中難分離的問題。
　　調控活化參數獲得具有不同孔道結構特性的淀粉基活性炭微球，將其為電極材料制備具有雙電層電容特性的電化學超級電容器，考察了不同孔道結構對其電容特性的影響。電化學測試表明：經KO H活化法制備得到炭微球粒徑范圍5-20μm，比表面積為2818.99

5、m2·g-1；在30wt.%KOH水溶液中具有300.8F/g的比電容和良好的循環(huán)特性。
　　最后，為了進一步改善淀粉基炭材料的性能，設計了利用酶解造孔和形貌遺傳機理合成了具有分級孔結構的淀粉基活性炭微球。首先，采用酶解法在淀粉表面刻蝕出分布均勻、孔徑均一的大孔；然后，通過預氧化法將其形貌保持制得具有大孔結構的淀粉基炭微球；最后通過KOH活化法在其表面引入微孔結構得到具有分級孔結構的淀粉基活性炭微球。較之單一孔道結構的活性炭微球，