鹽溶液活化木質(zhì)纖維素碳材料及其電容性能研究.pdf

1、碳材料由于具有良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性、高比表面積、較高的機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)，在吸附材料、催化材料、電極材料、生物載體等領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景，近年來受到了國際上眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。現(xiàn)階段，碳材料的主要原料來源還主要依賴于石油、煤炭等礦產(chǎn)資源，而隨著這些不可再生資源的日益消耗，這些資源的可開采年限正在急劇減少，因此，尋找一種可替代的可再生資源用于制備高活性的碳材料迫在眉睫。
　　生物質(zhì)資源如作物秸稈、林業(yè)剩余物、禽畜糞便等，不僅具有廉

2、價(jià)、來源廣泛、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，其碳材料一般還含有豐富的羥基、羧基等含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)在催化材料、電極材料、生物載體等領(lǐng)域都具有十分重要的作用，近年來受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。近十年來，科學(xué)家針對(duì)生物質(zhì)碳材料來源、生物質(zhì)碳材料制備方法和生物質(zhì)碳材料活化機(jī)理三個(gè)方面都做了系統(tǒng)的研究。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)原材料經(jīng)過簡(jiǎn)單的高溫碳化后其比表面積仍然無法滿足吸附材料、電極材料的要求。因此，在生物質(zhì)碳材料制備過程中常需加入活化劑對(duì)生物質(zhì)碳材料進(jìn)

3、行活化處理，而常用的活化劑如強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿鹽等長(zhǎng)期使用會(huì)腐蝕工業(yè)設(shè)備增加企業(yè)成本，這一直是生物質(zhì)碳材料工業(yè)化生產(chǎn)中的存在的問題。針對(duì)這一問題，本論文選用纖維素為碳源，探究NaH2PO4、ZnC12以及其混合鹽溶液對(duì)生物質(zhì)碳材料微觀形貌、孔隙結(jié)構(gòu)、電容性能的影響及活化機(jī)理。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1) NaH2PO4溶液可通過提高碳材料的石墨化程度，提升碳材料在電解液中的潤(rùn)濕性和導(dǎo)電性，從而改善纖維素碳材料的電容性能。纖維素碳材料的

4、石墨化程度和NaH2PO4溶液濃度有著密切關(guān)系，當(dāng)NaH2PO4溶液濃度為200 mg/mL時(shí)，纖維素碳材料比電容提升效果最明顯，在1 Ag-1的電流密度下，其比電容可達(dá)到123 F g-1。(2) ZnCl2溶液可通過提高碳材料的比表面積，并引進(jìn)大量含氧官能團(tuán)，加速電解液中的電荷在多孔碳材料中的傳遞，從而改善纖維素碳材料的電容性能。纖維素碳材料的多孔結(jié)構(gòu)和ZnCl2溶液濃度有著密切關(guān)系，當(dāng)ZnCl2溶液濃度為100 mg/mL時(shí)，纖維

5、素碳材料比電容提升效果最明顯，在1 Ag-1的電流密度下，其比電容可達(dá)到141.4 F g-1;(3) NaH2PO4-ZnCl2溶液可通過調(diào)整纖維素碳材料的微孔與介孔比例，制備磷元素?fù)诫s的等級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的碳材料進(jìn)一步優(yōu)化纖維素碳材料的電容性能。纖維素碳材料的等級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和NaH2PO4-ZnCl2溶液濃度比例有著密切關(guān)系，當(dāng)NaH2PO4-ZnCl2溶液濃度都為100 mg mL-1時(shí)，纖維素碳材料比電容提升效果最明顯，在1 Ag-1的