氮掺杂植物基活性炭材料结构及其吸附性能的研究

论文摘要

本论文以汉麻杆为原料,三聚氰胺为氮源,采用不同的掺氮方式制备了高比表面积的掺氮麻杆活性炭样品。借助扫描电镜、低温氮气吸附、傅立叶变换红外光谱等分析手段,利用αs曲线、密度泛函数理论等分析方法表征了材料的微观形貌、表面织构、表面吸附能分布和表面化学状态,并研究了掺氮活性炭样品的氢气吸附性能,探讨了掺氮活性炭样品中氮的引入及其织构参数对其氢气吸附性能的影响。研究结果表明,所有掺氮活性炭样品的氮气吸脱附等温线均属于Ⅰ型等温线,具有较高的比表面积（1674.82-2961.72m2·g-1）和总孔容（0.9837-1.7532cm3·g-1）,且主要含有孔径分布在0.6-0.7nm和1.0-1.5nm范围内的微孔和少量孔径分布在2.0-5.0nm范围内的中孔。借助高压反应釜向炭材料中掺氮利于极微孔的产生,但不利于中孔的产生。掺氮活性炭样品的表面含有O-H、-CH3、-CH2-、C=C、C-O等化学基团,三聚氰胺氮掺杂处理向活性炭样品中引入的N元素主要以-C-N的形式存在。在77K,1bar时,所有掺氮活性炭样品的吸氢量主要分布在2.0wt％-3.1wt％之间,其中三聚氰胺溶液浸渍麻杆炭化前驱体制得的掺氮活性炭样品的吸氢量最大,最大值为3.1wt%。三聚氰胺溶液浸渍麻杆炭化前驱体的掺氮方式是制备用于储氢研究掺氮活性炭样品的最佳掺氮方式。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 多孔储氢材料的研究现状
• 1.2.1 碳质多孔储氢材料
• 1.2.2 金属有机骨架储氢材料
• 1.2.3 多孔聚合物储氢材料
• 1.2.4 多孔矿物材料
• 1.3 活性炭储氢研究现状
• 1.4 活性炭储氢的影响因素
• 1.4.1 吸附温度和吸附压力
• 1.4.2 比表面积和微孔结构
• 1.4.3 表面官能团
• 1.5 引入氮原子在活性炭吸氢过程中的作用机理预测
• 1.6 本课题的立题依据和主要研究内容
• 1.6.1 论文选题的目的和意义
• 1.6.2 主要研究内容及研究方案
• 1.6.2.1 主要研究内容
• 1.6.2.2 研究方案
• 第二章 实验部分
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 三聚氰胺浸渍麻杆基体前驱体制备掺氮活性炭样品
• 2.1.2 三聚氰胺浸渍麻杆炭化前驱体制备掺氮活性炭样品
• 2.1.3 三聚氰胺高压反应釜中浸渍麻杆炭化前驱体制备掺氮活性炭样品
• 2.1.4 三聚氰胺浸渍麻杆活性炭前驱体制备掺氮活性炭样品
• 2.1.5 三聚氰胺高压反应釜中浸渍麻杆活性炭前驱体制备掺氮活性炭样品
• 2.2 样品表征
• 2.2.1 扫描电镜分析
• 2.2.2 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）分析
• 2.2.3 高温综合热分析
• 2.2.4 低温氮吸附分析
• 2.2.5 密度函数理论分析
• 第三章 不同氮掺杂方式制备掺氮麻杆活性炭
• 3.1 麻杆炭化前驱体的微观形貌分析
• 3.2 三聚氰胺热解历程分析
• 3.3 不同氮掺杂方式麻杆活性炭的制备
• 3.4 FT-IR分析
• 3.5 小结
• 第四章 不同氮掺杂方式麻杆活性炭的氮气吸附表征
• 4.1 氮气吸附脱附等温线
• s曲线'>4.2 α_s曲线
• 4.3 密度函数理论计算的孔径分布
• 4.4 DR曲线
• 4.5 表面吸附能分布特征分析
• 4.6 小结
• 第五章 不同氮掺杂方式麻杆活性炭的氢气吸附性能
• 5.1 不同氮掺杂方式麻杆活性炭的氢气吸附等温线
• 5.2 比表面积和微孔孔容对样品吸氢量的影响规律
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书