【摘 要】
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经济的高速发展伴随着环境污染、能源的过度消耗等问题。为了适应高速发展的能源需求以及缓解环境问题,人们开始探索木质纤维素生物质等可再生能源的利用方法,利用木质纤维素生物质转化成燃料和化学品是解决能源短缺的新途径。但是在木质纤维生物质转化的过程中,废渣的形成以及处理成了新的难题。由于木质素和胡敏素是木质纤维素生物质在催化转化生产乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛过程中不可避免的副产物,因此,对木质素和胡敏素的高
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经济的高速发展伴随着环境污染、能源的过度消耗等问题。为了适应高速发展的能源需求以及缓解环境问题,人们开始探索木质纤维素生物质等可再生能源的利用方法,利用木质纤维素生物质转化成燃料和化学品是解决能源短缺的新途径。但是在木质纤维生物质转化的过程中,废渣的形成以及处理成了新的难题。由于木质素和胡敏素是木质纤维素生物质在催化转化生产乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛过程中不可避免的副产物,因此,对木质素和胡敏素的高值化应用,提高木质纤维素生物质转化的经济可行性是本课题的核心思想。多孔碳材料由于其超高的比表面积、丰富的孔隙结构、化学稳定性和制备方法简单等诸多特点使其在很多方面有着很好的应用前景,例如储能材料、吸附剂、催化剂等。在本课题中我们分别采用木质素和胡敏素作为碳源物质制备了系列的多孔碳材料,并应用于超级电容器电极材料评价其在三电极体系中电化学性能。具体地内容如下:(1)利用木质素和碳酸钾化学活化法制备出高度石墨化的类石墨烯多孔碳材料,研究了煅烧时间对类石墨烯多孔碳材料的影响。研究结果表明,木质素衍生的类石墨烯多孔碳材料的石墨化程度随煅烧时间的增加而增加,体现在其ID/IG值的减小及表面sp2碳原子含量的增加。另外,其比表面积在煅烧时间达到12小时最大。作为超级电容器电极,在0.5 A/g的电流密度下具有157.8 F/g的高比电容,在经过6000次循环后其比电容没有任何衰减。(2)利用胡敏素溶解于氢氧化钾,以简单的浸渍-煅烧的简易方式制备出超高比表面积的胡敏素基多孔碳材料。通过调节煅烧温度(600°C-800°C)得到一系列的多孔碳材料,其比表面积高达2105.09 m2 g-1。该胡敏素基多孔碳材料的超高比表面积提供了快速的电子离子传输通道,作为超级电容器电极时,具有较高的比电容量,在0.5 A/g的电流密度下比电容可以达到256 F/g,且具有较好的循环稳定性。(3)我们利用胡敏素与四丙基氢氧化铵水热反应,并且用氢氧化钾活化在600°C-800°C温度下氩气保护活化2小时,制备出具有丰富微孔结构的氮掺杂多孔碳。所制备的氮掺杂多孔碳的比表面积高达917.52 m2 g-1,表面氮含量1.28%。氮掺杂多孔碳材料的高比表面积确保了电子离子的快速传输以及适量的氮原子引入使得其具有良好的导电性。作为超级电容器电极时,在0.5 A/g电流密度时比电容量达到236 F/g,10A/g时仍然保持在189 F/g,经过8000次的循环其比电容保持率为97.3%。
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