鹽溶液活化木質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電性、熱穩(wěn)定性、高比表面積、較高的機械強度等特點，在吸附材料、催化材料、電極材料、生物載體等領域都具有良好的應用前景，近年來受到了國際上眾多學者的廣泛關注?，F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、來源廣泛、環(huán)境友好等優(yōu)點，其碳材料一般還含有豐富的羥基、羧基等含氧官能團，這些官能團在催化材料、電極材料、生物載體等領域都具有十分重要的作用，近年來受到了學術界的廣泛關注。近十年來，科學家針對生物質碳材料來源、生物質碳材料制備方法和生物質碳材料活化機理三個方面都做了系統(tǒng)的研究。在研究過程中發(fā)現，生物質原材料經過簡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，在生物質碳材料制備過程中常需加入活化劑對生物質碳材料進

3、行活化處理，而常用的活化劑如強堿、強酸、強堿鹽等長期使用會腐蝕工業(yè)設備增加企業(yè)成本，這一直是生物質碳材料工業(yè)化生產中的存在的問題。針對這一問題，本論文選用纖維素為碳源，探究NaH2PO4、ZnC12以及其混合鹽溶液對生物質碳材料微觀形貌、孔隙結構、電容性能的影響及活化機理。
　　實驗結果表明:(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濕性和導電性，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系，當NaH2PO4溶液濃度為200 mg/mL時，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，并引進大量含氧官能團，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構和ZnCl2溶液濃度有著密切關系，當ZnCl2溶液濃度為100 mg/mL時，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，其比電容可達到141.4 F g-1;(3) NaH2PO4-ZnCl2溶液可通過調整纖維素碳材料的微孔與介孔比例，制備磷元素摻雜的等級多孔結構的碳材料進一步優(yōu)化纖維素碳材料的電容性能。纖維素碳材料的等級多孔結構和NaH2PO4-ZnCl2溶液濃度比例有著密切關系，當NaH2PO4-ZnCl2溶液濃度都為100 mg mL-1時，纖維素碳材料比電容提升效果最明顯，在1 Ag-1的