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1、分類號(hào)：密級(jí)：公開學(xué)號(hào)：2015201025單位代碼：10759石河子大學(xué)碩士學(xué)位論文生物質(zhì)基炭材料的設(shè)計(jì)、制備及其電化學(xué)性能研究學(xué)位申請(qǐng)人陳輝指導(dǎo)教師于鋒副教授申請(qǐng)學(xué)位門類級(jí)別工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)名稱材料化工研究方向新型炭材料所在學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院中國(guó)·新疆·石河子2018年6月Design,PreparationandElectrochemicalPerformanceofBiomassDerivedCarbonADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillme
2、ntoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByChenHui(MaterialEngineeringChemistry)DissertationSupervisor:A.Prof.YuFengMarch,2018I摘要生物質(zhì)具有可再生、資源豐富、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。以生物質(zhì)為碳源制備生物質(zhì)基炭材料能夠?qū)崿F(xiàn)資源的有效利用，提高生物質(zhì)的附加值，減少因直接焚燒生物質(zhì)廢棄物造成的環(huán)境污染問題，具有節(jié)能、增值、環(huán)保等特點(diǎn)。生物質(zhì)因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和豐富的微量元素，為制備功能化的炭材
3、料提供了有利條件。針對(duì)不同的生物質(zhì)原料，采取的預(yù)處理方法、活化劑用量、活化溫度等都會(huì)對(duì)制備得到的炭材料產(chǎn)生較大的影響。本論文選取新疆地區(qū)的四種生物質(zhì)廢棄物資源為原料，通過水熱預(yù)碳化、堿活化和直接活化的方法來制備生物質(zhì)基炭材料，并對(duì)炭材料的微觀結(jié)構(gòu)、石墨化程度、元素含量及其在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用進(jìn)行研究。1、以生物質(zhì)煙草為原料，通過水熱除雜進(jìn)而熱解得到煙草基多孔炭，對(duì)其KOH活化得到煙草基活性炭。結(jié)果分析表明，KOH活化有效提高了煙草基多孔炭的比表面積、微孔分布，豐富的微孔有利于電化學(xué)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能，豐富的含氧官能團(tuán)為炭材料的儲(chǔ)
4、能提供了贗電容。在三電極體系下，以6mol/L的KOH為電解液，在電流密度為0.5Ag-1的條件下活性炭容量達(dá)148Fg-1，相比于煙草基多孔炭容量值提高了4倍。2、以生物質(zhì)棉籽殼為原料，將其與KOH溶液混合攪拌并烘干，對(duì)其進(jìn)行熱解，通過調(diào)變熱解溫度，得到氮摻雜蜂巢狀的炭材料。當(dāng)熱解溫度為700oC時(shí)制備得到的樣品氮含量為2.56at.%，比表面積達(dá)1694.1m2g-1，3D結(jié)構(gòu)炭材料為電解液的存儲(chǔ)提供了空間，相對(duì)較高的氮含量和石墨化程度提高了電極材料自身的濕潤(rùn)型和電荷的轉(zhuǎn)移效率。在三電極體系下，以6mol/L的KOH為電解液
5、，在電流密度為0.5Ag-1的條件下容量達(dá)238Fg-1，在20Ag-1電流密度下樣品的容量保持為200Fg-1，電容保持率為84.03%。3、以生物質(zhì)榆錢花為原料，通過水熱預(yù)碳化、KOH活化的方法，得到氮硫共摻雜的活性炭材料。通過調(diào)變活化劑的用量制得高比表面積的活性炭材料，當(dāng)KOH用量為水熱產(chǎn)物二倍時(shí)，制備得到的樣品氮含量為2.21at.%，硫含量為6.06at.%，比表面積達(dá)2048.6m2g-1，豐富氮硫官能團(tuán)含量及高比表面積為優(yōu)異的電化學(xué)性能提供了有利條件。在三電極體系下，以6mol/L的KOH為電解液，在電流密度為1A
6、g-1的條件下容量達(dá)275Fg-1，在20Ag-1電流密度下樣品的容量保持為216Fg-1，電容保持率為75.54%。4、以葡萄糖為前驅(qū)體，通過與實(shí)際印染廢水水熱的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)印染廢水中氮硫元素的回收利用，并對(duì)水熱產(chǎn)物進(jìn)行二次KOH活化，得到比表面積為1734.4m2g-1，氮含量達(dá)2.12at.%，硫含量為0.64at.%的高石墨化炭材料。在雜原子摻雜與高比表面積的基礎(chǔ)上，高的石墨化程度進(jìn)一步提高電極材料自身的電導(dǎo)率，易于得到較高的電化學(xué)容量。在三電極體系下，以6mol/L的KOH為電解液，在電流密度為1Ag-1的條件下容量達(dá)
7、273Fg-1，在20Ag-1電流密度下樣品的容量保持為200Fg-1，電容保持率為73.26%。關(guān)鍵字：生物質(zhì)炭材料；煙草；榆錢花；印染廢水；棉籽殼；超級(jí)電容器IAbstractBiomasshasthecharacteristicsofrenewable,abundant,andlowcost.Usingbiomassascarbonsourceforthepreparationofbiomass-basedcarbonmaterialscaneffectivelyuseresources,increasetheaddedv
8、alueofbiomass,andreducetheenvironmentalpollutioncausedbydirectburningofbiomasswaste.Ithasthecharacteristicsofenergysaving,value-add
