酚醛树脂/活性炭基微孔炭膜制备及结构调控

以酚醛树脂和活性炭为主要原料,甲基纤维素为黏结剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为造孔剂,采用压模成型及一步炭化法制备高比表面积酚醛树脂/活性炭炭基微孔炭膜(PRCM),通过调节原料配比及制备工艺参数等实现微孔炭膜结构的可控制备.结果表明,当酚醛树脂质量分数为45%,炭化温度1 150℃,PVB添加质量分数20%时,酚醛树脂/活性炭微孔炭膜的抗折强度、电导率、孔隙率、纯水通量和比表面积分别为8.2 MPa、400.3μS/cm、44.2%、93 L/(m~2·h)和370.2 m~2/g.此外,采用溶胶-凝胶法将纳米TiO_2负载微孔炭膜制备电催化膜电极(TiO_2/CM).在相同配比和制备工艺条件下,对比煤基、煤沥青/活性炭以及酚醛树脂/活性炭三种原料所制备电催化炭膜的电化学和电催化降解苯酚性能.结果显示,TiO_2/PRCM具有最优的电化学活性和催化降解效率.以其所构建的ECMR处理10 mmol苯酚废水时,COD和苯酚去除率分别可达86.5%和94.6%.这是因为PRCM具有较高的比表面积和石墨化程度,导致其具有较高的催化效率.酚醛树脂/活性炭炭基微孔炭膜在含酚废水过程中展现了良好的电化学和机械性能.     

孔结构对煤基活性炭电极材料电化学性能的影响(英文)

以太西无烟煤为前驱体,NaOH为活化剂制备电化学电容器电极材料。采用N2吸附法及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征。在1mol/L(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯有机电解液体系中,研究了孔结构对活性炭电极材料的电化学性能的影响。结果表明:以NaOH为活化剂可制备出比表面积943mol/L～2479mol/L、比电容57F/g～167F/g的活性炭电极材料。活性炭电极材料的比电容不仅取决比表面积,而且与活性炭的孔径分布有关。孔径为2nm～3nm的中孔的存在可以有效降低电解液的扩散阻力,提高电极材料比表面积的利用率,从而使电容器的电化学性能得到增强。     

双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

介孔ZrO_2-TiO_2复合材料的制备及电催化还原2-吡啶甲醛性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了ZrO_2-TiO_2复合材料,用XRD、TEM、SEM、N2吸脱附法对其结构进行了表征,结果表明,ZrO_2-TiO_2复合材料粒径约为25nm,其比表面积SBET为105.7m2/g,平均孔径为3.66nm,是典型的介孔材料。同时运用循环伏安法和电解合成法研究了该电极对2-吡啶甲醛的电催化还原活性。结果发现,在硫酸中,介孔ZrO_2-TiO_2复合膜电极对2-吡啶甲醛具有良好的还原能力,膜中的TiO_2/Ti(OH)_3电对作为媒质异相间接催化还原2-吡啶甲醛为2-哌啶甲醇,为电化学偶联随后化学催化反应(EC′)机理。以该介孔膜电极为阴极,控制电位为-1.05V,电解还原2-吡啶甲醛为2-哌啶甲醇,平均电流效率为93.2%,产率为90.1%。     

中间相沥青基活性炭的微观结构对电化学性能的影响

以中间相沥青(Mesophase pitch,MP)为前驱体、KOH作为活化剂,分别采用直接活化法、预炭化活化法制备出活性炭(Activated carbons,ACs).采用N2吸附法对所制ACs的比表面积、孔径分布进行分析.将所制ACs应用于电化学电容器电极材料,进行恒流充放电、循环伏安电化学分析.结果表明:电极的电化学性能不仅受活性炭比表面积、孔结构的影响,也与活性炭的微观形貌有关.其中预炭化活化法ACs颗粒具有片层结构,更有利于炭电极与电解液的浸润,提高微孔比表面积对比电容的贡献.     

利用核桃壳制备高比表面积活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用N2吸附和扫描电镜(SEM)表征活性炭的孔结构及表面形貌,系统研究碱炭比(KOH与核桃壳炭化料的质量比)对活性炭孔结构的影响,并采用恒流充放电及循环伏安等测定核桃壳活性炭电极材料在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,随着碱炭比的增大,活性炭的比表面积、总孔容及中孔比例先逐渐增大后稍有减小。当活化温度为800℃,活化时间为1h,碱炭比为4时,可制备出比表面积为2404m2/g,总孔容为1.344cm3/g,中孔比例为28.6%,孔径分布在0.7~3.0nm之间的高比表面积活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料具有良好的大电流放电特性和优异的循环性能,电流密度由50mA/g提高到5000mA/g时,其比电容由340F/g降低到288F/g,经1000次循环后,比电容保持率为93.4%。     

丝瓜络基活性炭电极材料的制备及其电化学性能表征

以丝瓜络作为前驱体,KOH为活化剂,在不同温度下炭化、活化制备活性炭,并将其作为超级电容器电极材料。采用N2吸附及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征,研究了炭化温度、碱炭比对活性炭电极材料孔结构和电化学性能的影响。结果表明:丝瓜络经过一步炭化即可制备出电化学性能优异的炭材料,经过KOH活化后比电容明显增加,在碱炭比为2时制备活性炭的比表面积、总孔容分别达到1549m2/g和0.901cm3/g,比电容达到228F/g,是未活化炭化物比电容的2.5倍,是一种理想的电极材料。活性炭作为电极材料,其比表面积存在一个最佳值,孔的容积、大小和形状对电解质离子的储存、扩散有着重要作用,对电化学性能有很大影响。     

1,3,5-三甲苯扩孔改性硼掺杂有序介孔炭

以F108为模板剂,1,3,5-三甲苯(TMB)为有机扩孔剂,采用溶剂挥发诱导自组装的方法成功制备出了具有较大孔径、比表面积和有序性高的硼掺杂有序介孔炭。探究了扩孔剂用量对硼掺杂介孔炭结构的影响,并对其电化学性能和扩孔机理进行了分析。结果表明,当扩孔剂与模板剂的用量比为1.5时,所得的介孔炭TMB-1.5的孔径最大(4.2nm),比表面积最高(666m~2/g)。相对于未扩孔改性的介孔炭,孔径和比表面积分别提高了5%和10%。扩孔改性后的硼掺杂介孔炭具有良好的电化学性能,在0.2A/g电流密度下的比电容高达235F/g。     

超级电容器用高性能石油焦基多孔炭的制备及改性（英文）

以石油炼制副产品石油焦为原料,采用KOH活化法制备高比面积多孔炭,通过氨水水热处理对多孔炭进行表面渗氮改性。系统考察了KOH/石油焦比例(碱/炭比)对多孔炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明多孔炭的比表面积、孔结构和电化学性能可以通过碱/炭比有效地调控。随着碱/炭比的增大,多孔炭的孔道逐渐增大,当碱炭比为3∶1时最大比表面积达到2 964 m~2·g~(-1)。当碱/炭比为5∶1时,多孔炭的比表面积和中孔率分别高达2 842 m~2·g~(-1)和67.0%,其在50 m A·g~(-1)电流密度下的比电容达到350 F·g~(-1)。氨水水热处理多孔炭,可以有效地在多孔炭表面引入氮原子,从而提高了多孔炭电极的电化学性能,尤其提高其在高电流密度下的比电容值。KOH活化以及氨水水热处理为制备高性能低成本石油焦基超级电容器电极材料提供了一种简单有效的方法。     

梯级孔生物质活性炭的制备及其电容特性研究

以柚子皮为原料,采用预先炭化-KOH活化工艺制备生物质活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等方法表征生物质活性炭的孔结构、表面形貌等微观结构和表面化学性质,利用恒流充放电、循环伏安、漏电流等手段探究生物质活性炭用作电极材料的电化学特性。研究表明:柚子皮经预先炭化-KOH活化处理可以制备出比表面积为1 347~2 269m~2/g,总孔容达0.642~1.283cm~3/g,中孔比例为23.83%~48.90%的高品质生物质活性炭。该生物质活性炭具有发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构,且表面富含羰基、酚羟基及羧基等含氧官能团,是一种比较理想的超级电容器电极材料。生物质活性炭电极材料在KOH电解液中具有优异的电容特性,在50mA/g电流密度下的比电容最高可达243F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容仍可保持为175F/g,且具有优异的循环稳定性,循环1 000次后比电容保持率高达93.34%,漏电流仅为0.006 3mA。生物质活性炭优异的电化学特性与其发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构、合理的孔径分布及独特的富氧表面化学性质密切相关。     

炭化温度对酚醛树脂基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以酚醛树脂为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料.N_2吸附测试表明随着炭化温度降低,活性炭材料比表面积先增大后减小,孔容则不断增大.其中,550℃炭化样品与KOH反应活性最佳,可制得比表面积为2983m~2/g,总孔容为1.58cm~3/g,中孔孔容达到0.59cm~3/g的活性炭材料.采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能,结果表明,PF550活性炭材料电容性能最佳,在有机电解液中100mA/g充放电时,比电容达到160F/g,电流密度增大50倍容量保持率达到82%,显示出良好的功率特性;活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率.     

玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究

以玉米芯为原料,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭。利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能。研究了脱灰对玉米芯活性炭孔结构及其电化学性能的影响。结果表明,在碱炭比3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,可以制备出比表面积为2019m2/g、总孔容为1.084cm3/g、中孔率为15.6%的高比表面积活性炭。玉米芯经脱灰处理可以显著改善其所制活性炭的孔隙发达程度和中孔分布,脱灰玉米芯活性炭的比表面积、总孔容及中孔率分别可达2311 m2/g、1.246cm3/g和26.0%。玉米芯活性炭电极材料在3mol/L KOH的电解液中具有良好的电化学性能,其比电容量可达253F/g。脱灰玉米芯活性炭电极的比电容量更高(可达278F/g),比电容提高9.9%,且内阻更小。     

溶胶-凝胶法制备介孔TiO_2及其表征

以钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用溶胶-凝胶法制备了介孔TiO_2。采用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和N_2吸附脱附对介孔TiO_2进行表征。结果表明,低于500℃煅烧,制备出的介孔TiO_2晶型为锐钛矿型,比表面积达283.32m~2/g,最可几孔径在3.5nm左右,孔体积0.422cm3/g;550℃煅烧制备的介孔TiO_2比表面积下降,并出现金红石型结构。     

针状焦基活性炭的制备及其作为EDLCs电极材料的电化学性能

以针状焦生焦为原料,通过KOH化学活化法,在不同活化条件下制备出一系列高比表面积活性炭,并对这些活性炭进行了孔结构表征.而后以30 % KOH溶液为电解液,测试了由所获活性炭制备的一系列电极的电双层电容性能.结果表明：在碱炭比7：1、活化温度850 ℃时,所制活性炭的BET比表面积为2 728 m^2/g,孔容为2.14 cm^3/g,统计平均孔径为4.4 nm,大中孔孔容占总孔孔容约50 %.该活性炭电极的比电容达305 F/g,有相对较高的能量密度、良好的功率特性以及双电层电容特性.     

高比表面积活性炭基水系Na_2SO_4电化学电容器的制备

以石油焦为前驱体和KOH作为活化剂制备一种用于电化学电容器的高比表面积活性炭,采用廉价弱腐蚀性的Na_2SO_4电解液制备一种高电压的对称活性炭基水系电化学电容器,用N2吸附-脱附仪表征活性炭电极材料的孔结构参数,用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能。研究结果表明,活性炭的比表面积为2855m~2/g,平均孔径为2.31nm;活性炭基水系电化学电容器在1.0mol/L Na_2SO_4电解液中扫描速率为2mV/s的比电容能达到188F/g,在功率密度为200W/kg时能量密度达到19.4Wh/kg,活性炭基水系电化学电容器在电压值为1.6V下展现了良好的循环性能,意味着Na_2SO_4电解液对开发能量密度高和环境友好的电化学电容器有着重要的意义。     

管状多孔炭膜的研究

介绍了管状多孔炭膜的制备方法及应用,探讨了不同材料制备支撑体炭膜和炭－炭复合膜的效果及影响炭膜孔结构性能的主要因素。研究表明,煤和酚醛树脂均是良好的制膜材料,制得的支撑体炭膜不仅具有较高的孔隙率和气体通量,而且孔隙结构均一,机械强度高。膜材料的种类,粒度及炭化工艺条件等因素对炭膜的孔结构性能影响较显著。以酚醛树脂等高分子聚合物及煤热解产物为涂膜液制得的炭－炭复合膜其孔径明显的变小,孔径分布变窄。炭     

微波法煤基活性炭的制备及其电化学性能研究

以内蒙古优质褐煤为原料,KOH为活化剂,采用微波加热活化法制备超级电容器用活性炭,利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能,并与日本商业化超级电容器用活性炭在结构及性能方面进行对比分析。结果表明,在碱炭比为3,微波活化时间为20min的条件下,可制备出比表面积达2593m2/g、总孔容达1.685cm3/g、孔径主要分布在0.5～10nm之间、中孔率达67.3%、平均孔径为2.61nm的优质活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料在3mol/L KOH电解液中具有优异的电化学性能,电流密度由50mA/g提高到10A/g时,其比电容由346F/g降低到273F/g,显示出良好的功率特性,经1000次循环后,比电容保持率为93.2%。与商业活性炭相比,微波法活性炭的性能更加优良。     

高性能炭电极材料的制备和电化学性能研究

以胡桃壳为前躯体,采用ZnCl2化学活化法制备炭电极材料,研究了活化剂与果壳的不同混合质量比例对炭材料性质的影响,用氮气吸附和傅立叶红外表征活性炭材料的比表面积、孔结构和表面性质,结果表明:活性炭材料表面存在着含氧官能团,为一种高微孔无定形炭材料;以制备的活性炭为电极材料,KOH为电解液构成超级电容器,采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法研究了其电化学性能,结果表明:制备的活性炭电极材料表现出理想的电化学电容行为,比电容高达271.0F/g,漏电流和等效串联电阻分别只有0.25mA和0.39Ω,稳定性很高,循环充放电5000次后,电容量仍保持88%以上.     

表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响,使用HNO_3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性,用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明,改性后活性炭的比表面积和孔容提高,平均孔径减小,并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880m~2/g和0.763cm~3/g分别增加到1 635.268m~2/g和1.128cm~3/g,并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极,KCl为电解液,测试活性炭电极的热电转换性能,发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。     

炭前驱体对活性炭孔结构和电化学性能的影响

分别以毛竹和石油焦为炭前驱体,采用KOH活化法制备超级电容器用高比表面积活性炭材料,考察了碱/炭比对不同炭前驱体所制得的活性炭的孔结构、吸附性能和电容性能的影响。结果表明,在相同的碱/炭比下,竹基活性炭孔径2nm的微孔较发达,而石油焦基活性炭孔径在2～50nm的中孔率较高。在适宜的工艺条件下,以毛竹为炭前驱体可制得比表面积为2610.7m2/g,比电容为206F/g的活性炭材料;以石油焦为炭前驱体可制得比表面积为2597.9m2/g,比电容为213F/g的活性炭材料。