碳化钙基炭材料的制备及其在超级电容器中的应用

以电石(CaC_2)为碳源,通过氧化法合成炭材料(CM),并用氢氧化钾(KOH)进一步活化,制得具有微观细孔结构的活化炭材料(ACM)。利用XRD、Raman、FT-IR测试了CM的结构。利用FESEM、BET、循环伏安法(CV)和恒流充放电(GCD)探究了活化对炭材料结构、形貌和电容性能的影响。结果表明,氧化法制得的CM具有一定程度的石墨化,同时表面发生了部分氧化。活化后炭材料表面呈疏松状,比表面积和总孔容均变大,当活化炭碱比(R_(CM/KOH))为0. 5时,比表面积为1 114. 3 m~2/g,总孔容达到0. 35 cm~3/g。炭碱比活化的炭材料ACM_(0. 5)电极在0. 64 mol/L的K_2SO_4电解质溶液中,电流密度为0. 5 A/g时,比电容达165. 47 F/g,可作为超级电容器的电极材料。     

木质柱状活性炭电化学再生过程微观结构演变研究

以2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)溶液为目标污染物,以来自五种厂家活性炭为吸附剂,考察了再生时间对不同饱和活性炭电化学再生效率的影响。通过BET、FTIR等技术对电化学再生前后的活性炭微观形貌进行表征。结果表明,在电化学再生条件相同的情况下,来自环盛炭业有限公司活性炭电化学再生效率较高,在5h内可达到93.5%。活性炭在再生过程中产生较多的含氧官能团,如羧基、羟基。比表面积随着再生时间增加而增加,其中,环盛炭业活性炭最高可达656.33m~2/g。活性炭总孔容随着再生时间增加而增加,其中,环盛炭业活性炭总孔容可达0.4364cm~3/g。     

介孔炭CMK-3吸附剂对噻吩类硫化物的吸附性能

研究了采用硬模板法制备的介孔炭CMK-3吸附剂对模拟油中噻吩(TS)、苯并噻吩(BT)及二苯并噻吩(DBT)的吸附性能。采用X射线衍射、氮气吸附-脱附及透射电子显微镜对介孔炭CMK-3吸附剂进行了表征。结果表明,介孔炭CMK-3具有有序的孔道结构,比表面积、平均孔直径和平均孔容分别为1 232 m~2/g、4.878 nm和1.502 cm~3/g。同时探讨了介孔炭CMK-3对TS、BT及DBT的吸附动力学和热力学规律。结果表明,与Freundlich吸附等温模型相比,CMK-3吸附剂对TS、BT及DBT的吸附等温线更符合Langmuir吸附等温模型;吸附为放热过程,CMK-3对TS、BT及DBT的吸附焓变分别为-11.53,-19.74,-26.10 k J/mol。CMK-3吸附剂对TS、BT及DBT的吸附符合二级动力学模型,吸附活化能分别为37.53,34.42,47.67 k J/mol。     

煤气化炉渣浮选及其精炭制备活性炭的研究

利用浮选法有效地分选出了煤气化炉渣中的炭,当煤油用量为10kg/t、2~#油用量为1.5kg/t、粒度D_(90)=123μm时,精炭的产率为21.81%,烧失量为85.03%.以精炭为前驱体、KOH为活化剂制备活性炭,结果表明:当碱炭质量比为2.0、活化温度为800℃、活化时间为1.5h时,制备出的活性炭碘吸附值和亚甲蓝吸附值分别为1 292mg/g和278mg/g,比表面积为1 226.8m~2/g,孔容为0.694cm3/g,孔隙分布以微孔和中孔为主,该浮选精炭是制备活性炭良好的原材料.     

神华烟煤活化制备电化学电容器电极材料的研究

以神华烟煤为前驱体,KOH为活化剂制备高比表面积活性炭。采用N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔结构进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性。在碱炭比为4:1,800℃活化1 h的条件下制备的活性炭比表面积达3 134.28 m~2·g~(-1),总孔容1.96 cm~3·g~(-1),中孔率87.94%。该活性炭在3 mol/L KOH水溶液及1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonate PC)电解液中均具有高的比电容(分别为281 F·g~(-1),155 F·g~(-1))和低的等效串联内阻。     

制备工艺对酚醛树脂基炭分子筛性能影响

以工业酚醛树脂㈣为碳源,三嵌段聚合物F127作为模板剂制备炭分子筛材料。采用TG、SEM、FTIR和N_2-BET等表征手段对制备的炭分子筛进行了表征,研究了前驱体制备工艺对炭分子筛孔径分布的影响。结果表明,F127用量、搅拌时间、反应温度对炭分子筛孔径分布影响很大。在酚醛树脂与F127质量比1:1,反应温度45℃,搅拌时间6 h,800℃炭化条件下制备的炭分子筛孔径分布最为集中,BET比表面积和单点总孔容分别为716.59 m~3·g~(-1)和0.55775 cm~3·g~(-1)。     

纯硅MCM-48介孔材料的快速合成及其表征

以氨水作为催化剂,用一种快速简便的方法制备了MCM-48型介孔分子筛,产品用粉末X衍射、透射电镜、低温氮气吸附—脱附和傅立叶变换红外光谱等进行来表征。结果表明所制备材料具有高的比表面积(S_(BET)=1729m~2/g),大的孔容量(Vp=1.06cm~3/g),孔径大小为2.4nm,排列整齐。并研究了不同合成条件对产品结构的影响。     

硼掺杂石墨烯对废水中铬(Ⅵ)的吸附性能及吸附机理研究

以硼酸为掺杂剂、氧化石墨烯(G)为前驱体,通过一步水热法制备出硼掺杂石墨烯(B-G),并首次利用静态吸附实验研究其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和吸附机理。结果表明,硼掺杂可显著提升G对Cr(Ⅵ)的吸附性能,其中B-G-3对Cr(Ⅵ)的吸附效率超过80%。吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为2;吸附率随着投加量的增加而增大,吸附量随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而增大;温度升高有利于吸附进行。当pH=2,吸附剂投加量为20 mg,Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,45℃条件下吸附12 h,B-G-3对Cr(Ⅵ)的吸附量高达119.5 mg/g。SEM、BET、FTIR、XRD和Raman检测表明,B-G-3为具有微介孔结构的纳米片状无定型碳,比表面积和孔体积分别为192.14 m~2/g和0.50 cm~3/g,且表面带有大量的含氧和含硼官能团。吸附的机理主要为微介孔的物理吸附以及表面含氧及含硼官能团的化学吸附。     

MOx/Y催化剂常温催化臭氧氧化甲苯的性能

以Y分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备了MO_x/Y催化剂,并用于常温催化臭氧氧化甲苯反应。采用XRD、BET、H_2-TPR、甲苯吸附对催化剂进行表征,以甲苯转化率维持95%以上的时间(t_(95))为指标对催化性能进行评价。结果表明:10%MnO_2/Y催化剂〔m(MnO_2)/m(Y)=0.1〕具有较大的比表面积(538.6m~2/g)和孔容积(0.440 cm~3/g),较好的催化臭氧氧化甲苯活性(t95=210 min);CuO的加入提高了催化活性,5%MnO_2-5%CuO/Y〔m(MnO_2)/m(Y)=0.05且m(CuO)/m(Y)=0.05〕催化剂上t95=240min,CO_x选择性为80.6%,CO_2与CO摩尔比为4.970。由表征结果可知,较大的比表面积和孔容积有利于甲苯吸附,CuO与Mn O_2之间的相互作用促进了氧化还原性能的提高,进而有利于催化活性的提高。GC-MS结果表明:反应副产物堵塞催化剂孔道,占据催化剂表面活性位,导致催化剂失活。5%MnO_2-5%CuO/Y催化剂失活-再生4次后t_(95)可达220 min。     

岩沥青基多孔碳的制备及其吸附性能研究

采用溶剂萃取法净化天然岩沥青矿,得到岩沥青样品。研究溶剂对天然岩沥青萃取率的影响,当石油醚与二甲苯的质量比为1∶9时,其萃取率高达82.15%。以净化后的岩沥青为原料制备多孔碳,采用SEM、TEM和BET等方法对材料进行表征,探究助剂脒基硫脲(AU)和硫酸铵(AS)对多孔碳(PC)形貌和结构的影响。BET分析结果表明:AU/PC和AS/PC的比表面积分别为56 m^(2)/g和466 m^(2)/g,总孔容分别为0.113 cm^(3)/g和0.365 cm^(3)/g,AS/PC的孔径主要分布在1.7~3.0 nm,具有丰富的孔隙结构。同时探究了岩沥青基多孔碳材料对水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附性能。     

松塔基炭材料的制备及其对Zn~(2+)的吸附性能研究

以松塔为原料,通过碱活化、炭化制得了一系列含氮松塔基炭材料。采用静态法研究了炭材料对Zn~(2+)的吸附性能。结果表明,松塔基炭材料AC_(PC-400-3)、AC_(PC-700-3)的比表面积分别为306.78,718.1 m~2/g,平均孔径分别为2.29,2.09 nm。AC_(PC-400-3)的吸附过程符合二级动力学方程,而AC_(PC-700-3)则符合颗粒内扩散模型。AC_(PC-400-3)对Zn~(2+)的吸附量达到42.95 mg/g。等温吸附数据符合Freundlich方程,炭材料对锌离子的吸附属于单分子层吸附,吸附容量在一定范围内随温度、pH升高而增大。另外,AC_(PC-4 00-3)具有较好的再生与重复使用性能。     

高比表面积炭分子筛的制备及其吸附特性

本文以沥青中间相为原料,采用KOH化学活化法,获得了比表面高达2363m~2/g的炭分子筛(CMS);用2400吸附仪N_2吸附测定了其孔结构,并研究了其对六价铬(Cr_(VI))及Au(CN)~-_2离于的吸附性能。结果表明。其平均孔径为24.7(?),微孔及总孔容积大大高于活性炭,其吸附容量和吸附速度也大大优于活性炭。     

球形活性炭的制备及其对低浓度丙酮的吸附

以苯乙烯、二乙烯基苯为原料,采用悬浮聚合法制备了凝胶型聚苯乙烯树脂球,经磺化、炭化、水蒸气活化,得到聚苯乙烯基球形活性炭(PACSs)。通过氮气吸附、二氧化碳吸附对球形活性炭的孔结构进行表征,采用固定床吸附探究其对低浓度丙酮的吸附性能。结果表明,球形活性炭的孔结构可以通过控制活化时间来调控,其比表面积和总孔容均随着活化时间的延长而增加,其中比表面积在789~2 022 m~2/g内可调,而微孔孔容所占比例(V_(micro)/V_t)和比表面积所占比例(S_(micro)/S_(BET))则随活化时间的延长先升高后降低。活化时间为1 h时,球形活性炭对丙酮具有最大吸附量。同时,孔径在0.4~0.5 nm的超微孔孔容是低浓度丙酮气体饱和吸附量的决定因素。     

介孔炭CMK-3吸附剂对噻吩类硫化物的吸附性能

研究了采用硬模板法制备的介孔炭CMK-3吸附剂对模拟油中噻吩(TS)、苯并噻吩(BT)及二苯并噻吩(DBT)的吸附性能。采用X射线衍射、氮气吸附-脱附及透射电子显微镜对介孔炭CMK-3吸附剂进行了表征。结果表明,介孔炭CMK-3具有有序的孔道结构,比表面积、平均孔直径和平均孔容分别为1 232 m²/g、4.878 nm和1.502 cm2/g、4.878 nm和1.502 cm³/g。同时探讨了介孔炭CMK-3对TS、BT及DBT的吸附动力学和热力学规律。结果表明,与Freundlich吸附等温模型相比,CMK-3吸附剂对TS、BT及DBT的吸附等温线更符合Langmuir吸附等温模型;吸附为放热过程,CMK-3对TS、BT及DBT的吸附焓变分别为-11.53,-19.74,-26.10 k J/mol。CMK-3吸附剂对TS、BT及DBT的吸附符合二级动力学模型,吸附活化能分别为37.53,34.42,47.67 k J/mol。     

煤质成型活性炭的制备及其吸附性能研究

以神木烟煤为原料,煤沥青为黏结剂,在较低浸渍比下采用KOH和ZnCl_2活化法制备成型活性炭,利用低温(77 K)N_2吸附法对活性炭的比表面积及孔结构参数进行表征,考察浸渍比对活性炭孔结构的影响及其液相吸附性能,并对比分析两种化学活化法所制活性炭结构与性能的差异.结果表明,在相同浸渍比下,KOH活化法所制成型活性炭的比表面积、总孔容及碘吸附值均高于ZnCl_2活化法.当浸渍比为1.0时,采用KOH活化法可制备出表面积为811 m~2/g,总孔容为0.513 cm~3/g,中孔比例为23.6%,碘吸附值为1 125 mg/g的成型活性炭;采用ZnCl_2活化法可制备出表面积为472 m~2/g,总孔容为0.301 cm~3/g,中孔比例为30.6%,碘吸附值为527 mg/g的成型活性炭.两种活化法所制成型活性炭的孔径主要分布在1.2 nm~2.0 nm的微孔和3.6 nm~4.5 nm的中孔范围内.     

以有机硅废渣为原料制备介孔二氧化硅MCM-41及其吸附性能

以有机硅废渣作为硅源,利用碱熔与水热合成相结合的方法制备介孔二氧化硅MCM-41,研究了碱熔时间及液固比对硅源提取率的影响,CTAB/SiO_2摩尔比对合成二氧化硅形貌的影响,并考察了MCM-41对水体罗丹明B(Rh B)的吸附性能。结果表明:在碱熔时间2 h、液固比50:1 mL/g、CTAB/SiO_2摩尔比1:0.3条件下合成的介孔二氧化硅MCM-41的介孔结构有序性好,比表面积为783.23 m~2/g,孔径和孔容分别为2.529 nm和0.747 9 cm~3/g。MCM-41对RhB具有较强吸附能力,最大吸附容量为295.23 mL/g,吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir单分子层吸附,属自发的放热反应。此外,MCM-41具有良好的吸附再生能力。     

最优炭化工艺下辣椒秸秆基活性炭的制备及表征

以辣椒秸秆制备活性炭,采用正交实验法,选取炭化温度、炭化时间、升温速率为影响因子,以比表面积、炭得率为评价指标确定最优炭化工艺,对最优条件下所制活性炭的孔结构及表面化学性质进行了表征.结果表明,最优炭化工艺为炭化温度400℃,炭化时间50 min,升温速率5℃/min;该条件下所制活性炭的炭得率为39.90%,BET比表面积为966.003 m~2/g,吸附总孔容为0.544 cm~3/g,平均孔径为2.252 nm;且表面存在丰富的孔隙结构及酚、醇羟基、羧基、醚基等官能团.     

豆渣派生微介孔碳吸附橙黄G的动力学和热力学

以天然生物质豆渣为前驱体,以碳酸钾为活化剂,采用一步碳化活化法制备出豆渣派生微介孔碳(MMPC)。对其进行了表征,并研究MMPC对印染废水中污染因子橙黄G(OG)的吸附。结果表明,MMPC为具有片状结构的无定型微介孔碳,比表面积和孔体积分别为1 247 m~2/g和0.75 cm~3/g,表面含有羟基、羧基和内脂基等含氧官能团,可提供更多的活性吸附位点。MMPC对OG的吸附过程符合准2级动力学模型,化学吸附起主导作用;内扩散不是控制吸附速率的唯一因素;吸附过程为单分子层吸附,符合Langmuir模型,298 K下的理论最大吸附量为1 667 mg/g,0R_L1,说明MMPC对OG的吸附是有利吸附。ΔG_00,ΔH_00,ΔS_00表明吸附是自发进行的、熵增的吸热反应。     

室温超快速制备HKUST-1及其对甲苯的吸附性能

以硝酸铜和均苯三甲酸为原料,通过水滑石法室温10 s快速制备了一种金属有机骨架材料HKUST-1,对其进行了XRD、SEM和N_2吸附表征,测定了甲苯在HKUST-1上的吸附等温线、动力学和吸附-脱附循环性能。结果表明,水滑石的添加使HKUST-1可在室温10 s内快速合成,HKUST-1的BET比表面积达到2170.7 m~2/g,总孔容为0.97 cm~3/g。HKUST-1在25℃时对甲苯的饱和吸附量达到6.67 mmol/g,在低相对分压(p/p_0≈0.029)下,HKUST-1对甲苯的吸附量高于其他材料约10倍。经5次吸附-脱附循环后,HKUST-1的甲苯饱和吸附量几乎不变,具有很好的再生性能。     

煤系腐植酸基层次孔炭的制备及电化学性能

为提高煤炭利用率,以煤系腐植酸为前驱体,KOH为活化剂,在较低碱炭比(≤1)和活化温度(700℃)条件下制备双电层电容器用炭电极材料。利用低温N_2吸附对所制炭材料进行孔结构表征,采用恒流充放电、循环伏安和漏电流测试等手段评价其在3 mol/L KOH中的电化学性能。结果表明,所制炭材料呈现典型的层次阶梯孔径分布,孔径主要分布在0. 5～5. 0 nm,包括0. 5～1. 8 nm微孔和3. 5～4. 6 nm中孔;氧元素含量均超过20%。随着碱炭比升高,相应炭材料含氧量、比表面积、总孔容和微孔孔容逐渐升高,最高分别为26. 67%、878 m~2/g、0. 66 cm~3/g和0. 407 cm~3/g;中孔率先升高后降低,最高为62. 1%。微孔主要是腐植酸在活化过程中挥发分析出和部分含氧官能团热解形成的,高的中孔率主要由于钾的扩孔作用。4种层次孔炭电极材料在3 mol/L KOH电解液中具有良好的充放电可逆性和典型的双电层电容特性,其质量比电容、比电容保持率最高分别达256 F/g、84%,漏电流≤0. 015 m A。各炭材料具有合理的孔径分布,同时含有丰富的含氧官能团,有利于缩短电解质离子在电极材料内部的扩散路径,提高电极材料与电解液的润湿性,降低扩散阻力,是一种理想的双电层电容器用炭电极材料。