葵花盘与海带活性炭制备及在重金属吸附/锂离子电池负极材料/电催化氧化方面应用

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我国生物质资源丰富,但是大量生物质却被直接焚烧、废弃,无法得到效利用,这不仅给环境造成污染,也造成资源严重浪费,因此如何高效利用生物质资源已经成为国家和社会严重关切的问题。近年来,生物质炭化转化为活性炭具有独特优势,引起社会的广泛关注,这主要归因于活性炭拥有发达的空隙结构,超大的比表面积,在吸附性过程中库层阻力小,化学性能稳定的优点。因此在多个领域被广泛应用,如污水中重金属吸附,电池负极材料,电催化等。生物质活性炭的制备方法主要有两种:物理活化法和化学活化法。物理活化法是指在高温下用二氧化碳、水蒸气等氧化性气体和碳材料发生反应,从而形成多孔结构的碳材料,化学活化法指的是将活化剂加入到原材料中,由惰性气体的保护下热解,同时发生炭化和活化过程的方法。本文分别以葵花盘与新鲜海带为原材料,采用化学活化法制备活性炭样品,通过对活性炭样品进行表征和筛选得到优化样,将优化后样品进行重金属吸附和电化学方面应用,所得结论如下:(1)以葵花盘为原料,H3PO4-KOH为活化剂4组单因素实验,研究了活化温度、活化时间、磷酸与水的体积比、浸渍比4个工艺参数对葵花盘活性炭比表面积的影响;优化后样品比表面积达2843.58m2/g,平均孔径为2.99nm,总孔容为1.89cm3/g,选取该样品对废水中重金属进行吸附,用原子吸收光谱对滤液中重金属含量检测,探究吸附时间、吸附温度、活性炭的添加量对吸附性能的影响。(2)以葵花盘为原料,先经磷酸水热后直接活化,材料BET比表面积达到2527.96 m2 g–1,平均孔径为2.83nm,微孔孔容为1.64 cm3·g-1,总孔容为1.60 cm3·g-1,微孔率98.80%。样品经渗硫后作为锂离子电池负极材料,测试相关电化学性能,在500mA g–1的的电流密度下循环200圈后依然保持1000mA h g–1以上的高比容量,循环稳定性强,电化学阻抗小。(3)利用新鲜海带为原料,通过冷冻干燥和KOH干混后高温活化制备生物质活性炭,在活化温度为800℃,活化时间60 min,海带粉末与KOH质量比为1:1的条件下,该材料BET比表面积为2071.72m2·g-1,平均孔径为2.55nm,微孔孔容为0.52 cm3·g-1,总孔容为1.20 cm3·g-1,微孔率43.33%。通过进一步的掺杂钴氮此时其氧化还原性能,PC-Co-2催化剂材料初始电位为-0.06 V、半波电位-0.16 V和极限电流密度-3.6 mA cm-2,以及良好的耐甲醇性和稳定性.
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