论文部分内容阅读
生物质废弃物的综合利用一直是环境工程领域的重要课题。本文旨在采用纤维状生物质废弃物在不同活化法下制备多孔碳,并应用于超级电容器电极材料,以达到废物利用的目的。本文第一部分采用生物质废弃物——梧桐絮作为碳材料前物体,采用化学活化法制备成多孔碳微管(PCMT),并发现了梧桐絮拥有独特微管结构以及丰富的氮氧元素。850℃下得到的PCMT-850应用于超级电容器电极材料在6M KOH中电流密度为1A/g的电化学测试显示出257.6 F/g的优异性能。结果表明,梧桐絮是获得多孔氮氧共掺杂碳微管的优良碳前体,可用作高性能超级电容器电极材料。为了发挥梧桐絮的优势,第二部分运用不需要活化剂的自活化法制备了多孔碳微管(SPCT)并研究了自活化过程中的活化机理。在自活化过程中调控活化时间与温度充分发挥梧桐絮富含杂原子的优势,在1100℃下活化6 h制备了电化学性能相对好的多孔碳微管,在0.2 A/g下拥有208 F/g的比电容。原位活化法可以使更多生物质废弃物得到综合利用。第三部分研究了不同种生物质废弃物在原位活化法下制成了生物质基纳米空心球(BPCHS),同时也达到了活化造孔的目的。在研究其活化机理的过程中,发现了稻壳(RH)的含硅量最高,活化效果最好。稻壳活化后的其比电容量相对最高,为0.2 A/g下225 F/g。为了将生物质纤维运用到实际中,用不同方式氨气活化亚麻纤维,可以制得官能团可控的氮掺杂多孔碳纤维(NPCF)。其中800℃碳化2h再900℃氨气活化45min得到的氮掺杂多孔碳纤维NPCF-d(NPCF-900-45)的电化学性能最好,在0.2 A/g下可以达到204 F/g的比电容量。将其制作成片型柔性自支撑固态超级电容器,能量密度在500μW/cm~2下有174.7μW h/cm~2,在10000μW/cm~2下有97.7μW h/cm~2。柔性自支撑固态超级电容器拥有较好电容性能的同时也拥有较好的柔性。