活性炭微球的制备、表征及应用研究

论文摘要

活性炭材料作为一种环境友好、绿色环保材料,具有比表面积高,孔隙结构发达,较高的吸附性能和机械性能等特性,在食品医药、能源储存,环境保护,工农业生产以及国防等领域占据不可或缺的地位。活性炭微球材料是一种新型炭质材料,具有粒径均一,良好的可修饰性,较大的比表面积等优点。目前对活性炭微球的制备及应用研究的报导甚少,本文用水热法和高温炭化结合的方法制备出粒径分布均匀的活性炭微球,对其进行了表征；并对活性炭微球在超级电容器、修饰电极与电催化、降低卷烟中有害物质等方面的应用进行了研究。（1）以β-环糊精为原料,利用水热法和高温炭化结合的方法制备活性炭微球材料,并分别用乙醇和NH4HCO3作为活化剂进行低温活化,用X-射线衍射、扫描电镜、比表面积和孔径分布分析等对所合成的材料进行表征,通过循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等电化学测试手段研究了活性炭微球的电化学性能。结果表明活化前后活性炭微球均为无定形结构；粒子表面由光滑变得粗糙；比表面积和总孔容在活化后有了显著提高,且NH4HCO3活化效果优于乙醇；电化学测试均显示良好的电化学性能,具有良好的双电层电容特征。NH4HCO3活化活性炭微球的电化学性能最好,电极的比电容可高达233 F/g。（2）以葡萄糖为原料,利用水热法和高温炭化结合的方法制备活性炭微球材料。用X-射线衍射、扫描电镜、比表面积和孔径分布分析等对所合成的材料进行了表征。将活性炭微球添加在卷烟过滤嘴中,研究其对卷烟主流烟气中有害成分低分子醛酮的吸附效果。结果表明：该材料为粒径大小均一,表面光滑的微孔材料。在不改变卷烟吸味的前提下,在滤嘴中添加活性炭微球材料,能够降低主流烟气中低分子醛酮的含量。（3）将以葡萄糖为原料制备的活性炭微球作为修饰剂成功将血红蛋白固定在玻碳电极上,制备得到Hb/AMS/GCE修饰电极。利用电化学手段对其进行表征,结果表明血红蛋白在该电极上具有良好的电化学响应,活性炭微球可以充当良好的电子传递介体,加快血红蛋白与电极之间有效的电子传递过程。且此膜修饰电极对H2O2有良好的催化活性和生物活性,检测H2O2的线性范围为2.88～26.56μM,检出限为0.36μM。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 活性炭的制备
• 1.2.1 制备原料
• 1.2.2 活化方法
• 1.3 双电层电容器概述
• 1.3.1 双电层电容器工作原理
• 1.3.2 双电层电容器材料
• 1.3.3 电解液
• 1.4 活性炭材料吸附卷烟中有害气体研究
• 1.4.1 卷烟烟气组成及有害成分研究
• 1.4.2 降低卷烟焦油含量的技术研究进展
• 1.5 化学修饰电极
• 1.5.1 化学修饰电极的种类及制备方法
• 1.5.2 化学修饰电极的应用
• 1.5.3 化学修饰电极的电化学方法表征
• 1.5.4 常用炭材料类修饰电极
• 1.6 本论文的研究内容和创新之处
• 1.6.1 主要研究内容
• 1.6.2 创新之处
• 第2章 活性炭微球的制备及作为超级电容器材料的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.2 活性炭微球的制备与活化
• 2.2.3 材料的物性测试
• 2.2.4 电化学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物的XRD结构分析
• 2.3.2 活性炭微球的比表面积与孔径分析
• 2.3.3 产品的扫描电镜（SEM）和电子能谱分析（EDX）
• 2.3.4 电化学性能测试
• 2.4 本章小结
• 第3章 活性炭微球的制备及选择性吸附卷烟中低分子醛酮的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 炭微球XRD分析
• 3.3.2 活性炭的透射电镜和扫描电镜分析
• 3.3.3 比表面积及孔径分布分析
• 3.3.4 对亚甲基蓝的吸附特性
• 3.3.5 对卷烟烟气中低分子醛酮的吸附特性
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于活性炭微球修饰电极的血红蛋白的直接电化学及催化研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要实验仪器与试剂
• 4.2.2 修饰电极的制备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 电化学交流阻抗（EIS）
• 4.3.2 红蛋白在膜修饰电极上的电化学研究
• 4.3.3 电解液pH值对血红蛋白的电化学行为影响
• 4.3.4 扫描速度对血红蛋白的电化学行为影响
• 2O₂的催化应用研究'>4.3.5 Hb/ACMs/GCE膜修饰电极对H₂O₂的催化应用研究
• 4.3.6 Hb/ACMs/GCE膜修饰电极稳定性和重现性
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果