木质活性炭的制备及其应用

论文摘要

活性炭是一种传统而现代的人造材料,具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积、吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点,因此广泛应用于人类生产生活的各个方面。本文分别采用常规加热方式和微波辐照方式,以废木屑为原料、以ZnCl2为活化剂制备了活性炭,考察了浸渍比、活化温度、时间对收率和振实密度的影响。其最佳工艺条件是浸渍比为1.1:1,活化温度为550℃,活化时间为2 h,制得的活性炭的收率为41.4%,振实密度为0.42 g/cm3。以废木屑为原料,ZnCl2为活化剂,以微波辐照方式制备了高比表面积多孔炭,并与常规加热法活性炭进行了对比。发现其最佳工艺条件为浸渍比为1.1:1,活化功率为640 W,活化时间为7 min,制得的活性炭的收率为39.6%,振实密度为0.48 g/cm3。活性炭是超级电容器的关键材料,能量密度是超级电容器的关键性能指标,而提高活性炭的体积比电容是提高超级电容器能量密度的关键。本文分别采用常规和微波加热两种方式制备了活性炭,其最优质量比电容分别为189 F/g、184 F/g,体积比电容为79 F/cm3、86.5 F/cm3。用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、比表面积测试仪观察其结构。最后通过对所得活性炭进行恒流充放电等测试发现,所制木质活性炭具有较好的充放电效率、充放电稳定性以及大电流充放电特性好,适合作为超级电容器用炭材料。本文将制备的活性炭应用到铅炭超级电池中,发现可以提高其初始容量和循环性能。碳材料对电池的容量影响较大,经添加了活性炭的样品中,活性物质利用率均有提高,当活性炭的含量为2%时,放电时间最长,活性物质利用率最高,达75.6%,比常规铅酸电池的活性物质的利用率提高了38%。当含量在2%以下时,循环次数随着活性炭的含量逐渐增加。本文将制备的高比表面积活性炭应用到水处理领域,获得了良好的吸附性能。pH值、废水浓度、吸附时间、活性炭的用量对最终吸附效果都有较大的影响。在活性炭用量为2 g/L,吸附时间为1 h的条件下,pH=3时吸附效果较好,吸附容量为19.8 mg/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 活性炭的分类
• 1.3 活性炭的制备
• 1.3.1 活性炭制备原料
• 1.3.2 活性炭制备方法
• 1.4 超级电容器的概述
• 1.4.1 概念
• 1.4.2 超级电容器的发展
• 1.4.3 超级电容器的性能特点
• 1.4.4 超级电容器的理论基础
• 1.4.5 超级电容器的应用
• 1.5 铅炭超级电池
• 1.5.1 概念
• 1.5.2 研究基础
• 1.5.3 铅炭超级电池炭材料
• 1.5.4 铅炭超级电池的环保意义
• 1.6 活性炭净化水质研究
• 1.7 选题依据及主要研究内容
• 1.7.1 本课题的选题依据
• 1.7.2 本课题研究的具体内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 炭材料的制备
• 2.4 活性炭的表征
• 2.4.1 收率的测定
• 2.4.2 振实密度的测定
• 2.4.3 灰分的测定
• 2.4.4 X-射线衍射分析
• 2.4.5 比表面积和孔结构测定
• 2.5 本章小结
• 第3章 活性炭的制备
• 3.1 常规加热法
• 3.1.1 木质活性炭的制备
• 3.1.2 氯化锌活化制备活性炭的机理
• 3.1.3 活性炭的收率研究
• 3.1.4 活性炭的振实密度研究
• 3.1.5 活性炭的结构分析
• 3.2 微波加热法
• 3.2.1 微波活性炭的制备
• 3.2.2 活性炭的收率研究
• 3.2.3 活性炭的振实密度研究
• 3.3 本章小结
• 第4章 活性炭作为超级电容器电极材料性能研究
• 4.1 超级电容器制作
• 4.2 电化学性能的测试
• 4.2.1 比电容测试
• 4.2.2 循环伏安测试
• 4.3 活性炭电容性能的研究
• 4.3.1 常规加热法
• 4.3.2 微波加热法
• 4.4 不同加热方式制备多孔炭的性能对比
• 4.5 不同加热方式制备活性炭的结构分析
• 4.5.1 X-射线衍射分析
• 4.5.2 比表面积分析
• 4.6 本章小节
• 第5章 活性炭作为铅炭超级电池负极添加剂性能研究
• 5.1 实验方法
• 5.2 电池性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 初始性能研究
• 5.3.2 循环性能测试
• 5.3.3 极板外观
• 5.4 本章小结
• 第6章 活性炭吸附Cr（Ⅵ）性能研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 含Cr（Ⅵ）废水的配制
• 6.1.2 实验方法与测定
• 6.2 活性炭吸附含铬废水的研究
• 6.2.1 溶液pH 值对吸附Cr（Ⅵ）性能的影响
• 6.2.2 废水浓度对吸附Cr（Ⅵ）性能的影响
• 6.2.3 吸附时间对吸附Cr（Ⅵ）性能的影响
• 6.2.4 活性炭用量对吸附Cr（Ⅵ）性能的影响
• 6.3 活性炭的再生
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表学术论文目录
• 致谢