添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响_王雪宇.pdf
《添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响_王雪宇.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响_王雪宇.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、文章编号:()添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响王雪宇,于娜林,江宏伟,樊丽华,(华北理工大学 化学工程学院,河北 唐山 ;河北省环境光电催化材料重点实验室,河北 唐山 )摘要:通过在无灰煤中添加不同生物质(玉米芯或松木屑),制备双电层电容器用活性炭电极材料,探究生物质对无灰煤基活性炭结构和电化学性能的影响。采用、吸脱附表征其结构和组成,通过循环伏安、恒流充放电及交流阻抗测试其电化学性能。从生物质组成成分来看,添加高纤维素含量的生物质更有利于中孔的发育,使活性炭的孔隙结构更加完善。高纤维素半纤维素含量能够有效降低碳材料的电荷转移电阻和物质扩散阻力,使离子在孔结构之间的传输更加迅速。
2、向无灰煤中添加玉米芯时,比电容提升,电荷转移电阻降低;向无灰煤中添加松木屑,比电容提升,电荷转移电阻降低,证明添加高纤维素含量的生物质更有利于活性炭的结构完善和电化学性能提升。关键词:活性炭,无灰煤,生物质,双电层电容器,电化学性能中图分类号:文献标识码:引言双电层电容器(,)作为新型的储能装置,具有充电时间短、使用寿命长、节能环保等特点,可以在解决能源利用问题中发挥重要作用。超级电容器的性能主要依赖其电极材料,可用做电极的材料主要有碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物三大类,其中碳材料因其来源广泛、制备成本低、化学稳定性好等优点成为最常用、商业化最成功的电极材料。煤和生物质资源都是优质的碳前驱
3、体,煤含碳量高、储量丰富;生物质富含元素、资源可再生且具有天然的孔结构。通过物理和化学活化调控孔隙结构对多孔碳碳材料电化学性能的提升非常有限。目前对于多孔碳材料的研究主要为提高比表面积的同时,进一步优化孔隙结构以及表面官能团修饰,改变碳材料的电子结构,提高碳材料导电性、润湿性。其中,对煤和生物质混配制备活性炭及其性能的研究一直以来都是碳材料研究领域的热点。研究发现活性炭比表面积与比电容不是简单的线性关系,当活性炭的比表面积小于 时,比表面积越大,双电层电容量越高;而高于 后,比表面积与比电容之间不是简单线性关系,因此,具有优异性能的活性炭电极材料,要综合考虑比表面积和孔径分布。已有研究证明煤和
4、生物质混配制备的活性炭的电化学性能优于单一原料制备出的活性炭,且不是两者的加权平均值。但是对于添加不同生物质对活性炭结构和性能的影响以及添加何种生物质更有利于制备高性能活性炭电极材料的研究尚少。近些年来,通过绿色环保和低廉的制备方法开发碳材料的强烈需求推动了整个碳材料领域的发展,活性炭电极材料的研究不断深入。本研究以无灰煤和不同生物质为原料,探究添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响,以期为活性炭电极材料的绿色发展提供指导,减少碳排放。实验原料及试剂原料:山西褐煤、无灰煤、玉米芯、松木屑。试剂:甲基吡咯烷酮、氢氧化钾、盐酸、无水乙醇等,均为分析纯。原料 的 工 业 分 析 和 生 物
5、质 的 组 分 分 析 见 表和。无灰煤的制备将原料褐煤干燥、破碎至 目以下,与萃取剂混合制备煤浆,在萃取反应釜中加热至 ,恒温萃取,待冷却至室温后固液分离得到含无灰煤的液相萃取产物,再经旋蒸分离出萃取剂,所得固体产物经抽滤洗涤、干燥即可得到褐煤基无灰煤。王雪宇 等:添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响基金项目:国家自然科学基金资助项目();河北省教育厅重点项目()收到初稿日期:收到修改稿日期:通讯作者:樊丽华,:作者简介:王雪宇(),硕士研究生,师承樊丽华教授,从事活性炭电极材料研究。表原料的工业分析及元素分析 ,:差减法表生物质的主要组分含量 活性炭的制备以褐煤基无灰煤和生物质为
6、原料,为化学活化剂,与原料的质量比为 ,活化温度为 ,活化时间为 ,将炭化料在 的盐酸中浸泡,用去离子水洗至中性,最后烘干得到活性炭。将无灰煤基活性炭记为,无灰煤中添加玉米芯所得活性炭记为 ,无灰煤中添加松木屑所得活性炭记为 。以 作为基准,对比不同生物质掺杂活性炭结构和性能的变化,探究生物质对活性炭结构和性能的影响。的组装将活性炭、导电炭黑及粘结剂(聚四氟乙烯,)按质量比为 的比例混合均匀,制成圆片负载在泡沫镍上,在 的压力下保持 ,选取电极质量相近的泡沫镍电极与聚丙烯隔膜、的电解液组装成 。活性炭的表征活性炭的孔结构通过贝士德 型比表面及孔径分析仪进行测试,根据 多点法计算得到比表面积,通
7、过 法得到孔结构参数;活性炭的微观结构通过日本电子的 型扫描电子显微镜观测,放大倍数为 倍;活性炭的表面官能团通过德国布鲁克公司 的红外光谱衍射仪进行测试,波长范围为 ;活性炭微晶结构通过德国 的 型 射线衍射仪进行测试,测试角度是为 ,每 测试一个点,每个点测试。电化学性能测试通过上海辰华的 电化学工作站进行交流阻抗()和循环伏安()测试,的测试频率为 ,的电压范围为;通过武汉蓝电监测系统进行恒流充放电()测试,其电压为,比电容及能量密度是通过 测试结果计算所得,其公式见式()()。()()式中:为放电电流,;为单电极电极片的质量,;为时间内电压的变化,。结果与讨论生物质添加量和比电容的关系
8、图为生物质添加量和比电容的关系图,在相同的制备条件下,活性炭 和 的比电容都随生物质的添加量增加而先增大后减小,二者在不同生物质添加量下达到电容峰值,的比电容值高于 。其中,玉米芯的最佳添加量为,比电容为 ;松 木 屑 的 最 佳 添 加 量 为 ,比 电 容 为 。图生物质添加量与比电容关系 活性炭的孔结构对比活性炭的低温 吸附等温线见图。由图可见,三种活性炭的吸脱附曲线均为型,说明三种活性炭中均有大量微孔结构。在较低分压下吸附量急剧增加至饱和,表明材料以微孔为主,中孔较少且没有出现回滞现象。加入生物之后,和 的 年第期()卷吸脱附曲线中均出现 型回滞环,表明两者中孔量比 要 丰 富,对 比
9、 和 可 以 发 现 的回滞环更大说明其中孔结构更多,同时两者在曲线的尾端出现了上翘,表明存在一定数量的大孔结构。图种活性炭的吸脱附曲线 活性炭的孔径分布状况见图,从图中可以得到 小于 的孔达到了 ,孔径较小,离子难以进入。当加入玉米芯后 的微分孔体积急剧增加,表明 左右的孔较多,当加入松木屑后微分孔体积的峰值右移,表明孔径变大,小于 的孔发展为 以上的孔,有效孔增多,电化学性能得到改善。整体来看,当加入生物质后小于 的孔数量急剧减少,无效孔减小,比电容得以提升,且 的孔比例大幅提升,在该范围内的孔 占 比 达 到 了 、达 到 了 ,有效孔增多,为电解液离子提供了足够多的活性位点,同时 的孔
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 添加 不同 生物 质对 无灰煤基 活性炭 结构 性能 影响 王雪宇
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。