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文檔簡介
1、碳基納米材料由于其優(yōu)異的物理以及化學(xué)性質(zhì),廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、吸附以及催化性能等的研究。常用的制備方法有高溫?zé)岱纸夥?、電弧放電法、激光蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法等。這些方法制備工藝設(shè)備復(fù)雜,能耗大,投資成本高,產(chǎn)量低等缺點(diǎn),因而限制了碳材料的發(fā)展。本課題以電石和多鹵代烴為碳源,利用其在攪拌球磨機(jī)中的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)制備出新型碳材料,具有重要的實(shí)際意義和工業(yè)化生產(chǎn)前景,并考察了這些碳材料在超級電容器以及吸附脫硫和脫汞中的應(yīng)用。
本文利用工
2、業(yè)級電石與多鹵代烴(C6Cl6、C2Cl6、C6Br6、C14H4Br10、C2Cl4、CCl4)的機(jī)械化學(xué)反應(yīng),制備出了六種碳材料(分別標(biāo)記為ACM-1,ACM-2,ACM-3,ACM-4,ACM-5,ACM-6),并擇優(yōu)一種碳材料,考察了其KOH活化處理效果,通過XRD、Raman、元素分析、XPS、SEM、TEM、BET等手段分析了其組成、結(jié)構(gòu)和形貌。針對所制備碳材料的性質(zhì)特點(diǎn),進(jìn)行了如下兩方面的應(yīng)用研究。一是在電化學(xué)方面的應(yīng)用,
3、主要研究了其在作為超級電容材料的性能;二是在吸附方面的應(yīng)用,這里主要考察了其對DBT-正辛烷模型油中硫的吸附脫除性能,以及其對水溶液中Hg2+的吸附性能。
在超級電容器應(yīng)用方面,ACM-2具有優(yōu)良的可逆性、穩(wěn)定性和循環(huán)性能,但其比電容不高。ACM-1具有較高的比電容,在電流密度0.1A·g-1下,其比電容為199.5F·g-1,但其穩(wěn)定性和循環(huán)性能不理想。經(jīng)KOH高溫處理得到的的ACM-1-KOH雖表面積大幅提高,但其比電容并
4、無明顯提高。因此,這些碳材料似乎不適合作為理想超級電容器的材料。
在吸附脫硫方面,六種碳材料的吸附脫硫能力順序?yàn)?ACM-1>ACM-5>ACM-3>ACM-6>ACM-2>ACM-4;ACM-1的吸附等溫線符合Langmuir模型,其最大吸附量為24.43mg·g-1,在未經(jīng)改性韻碳材料中屬于中上等水平。在吸附脫汞方面,六種碳材料對水溶液中Hg2+的吸附能力順序?yàn)?ACM-1>ACM-6>ACM-5>ACM-3>ACM-2>
5、ACM-4;ACM-1的吸附等溫線能被Langmuir模型很好地?cái)M合,其最大吸附量為514.67mg·g-1,效果優(yōu)異,是目前最好的汞吸附劑之一。
最后,實(shí)驗(yàn)探索了電石與單鹵代烴、酰氯以及鹵素的反應(yīng)。結(jié)果表明,在機(jī)械球磨、高溫油浴和超聲作用下,電石和氯代正丁烷、溴代正丁烷、溴代正辛烷以及乙酰氯均不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);在DMF或氯仿溶劑中,碳化鈣與鹵素(Cl2,Br2)發(fā)生反應(yīng),均生成碳材料和鹵化鈣,體現(xiàn)了鹵素的氧化性質(zhì)和碳化鈣的還原
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