碳纳米管-石墨烯-碳纳米纤维复合电极的制备及应用

配制含乙酸钴和乙酸镍的氧化石墨烯-聚丙烯腈(Co~(2+)-Ni~(2+)/GO-PAN)纺丝液,经静电纺丝技术制成碳纳米级纤维GO-PAN,预氧化和碳化处理GO-PAN得到分级多孔碳纳米管/石墨烯-碳纳米纤维(CNTs/G-CNFs)复合材料,对其结构和性能进行表征。结果表明,GO还原的石墨烯(G)均匀分布CNTs/G-CNFs内部,碳纳米管(CNTs)大量生长在CNTs/G-CNFs表面,使材料比表面积高达223.8 m~2/g。将0.5 g CNTs/G-CNFs组装成电容去离子技术(CDI)电极,在Na Cl的质量浓度为200 mg/L、处理时间为10 min的条件下,对比发现其电吸附脱盐能力高于CNFs和G-CNFs电极,最大除盐量达8.17 mg/g、除盐效率20.47%;并且5次循环使用后,除盐量和除盐效率下降不大,证明这种分级多孔的电极材料具有优异的除盐性能和可再生循环吸附能力。     

活化氧化石墨烯的制备及对甲基橙的吸附

为了提高氧化石墨烯(GO)的比表面积和吸附性能,采用氢氧化钾对GO进行高温固相活化,制备出活化氧化石墨烯(GOKOH),并将其用于对水中阴离子染料甲基橙(MO)的吸附研究。结果表明,GOKOH的比表面积可达672.48 m2/g。GOKOH能在较宽的p H范围内实现对MO的高效去除,去除率高达94.87%,吸附平衡时间约为150 min。准一级和准二级动力学拟合的理论平衡吸附容量分别为549.87 mg/g和549.45 mg/g,Langmuir模型的饱和吸附容量为632.91 mg/g。该吸附过程受边界层扩散与颗粒内扩散两个步骤控制,符合二级动力学模型和Langmuir模型,并主要以化学吸附为主。     

碳材料吸附去除水体中镉离子研究进展

活性炭、碳纳米管和石墨烯是最主要的三种碳材料,由于其良好的环境稳定性、较大的比表面积以及易修饰性,被作为吸附材料广泛用于去除水中污染物研究,本文重点介绍了三种碳材料改性方法及其吸附水中镉离子研究现状。改性方法主要有两种,一是强酸氧化处理引入含氧官能团,增大比表面积;二是嫁接一些能与镉离子发生离子交换反应的化学官能团。三种材料经过改性后对镉的吸附能力有不同程度提高,吸附量大小顺序为石墨烯碳纳米管活性炭,对镉吸附都是自发吸热反应,遵循拟二级动力学规律。机理分析表明,表面含氧官能团是最主要活性吸附位,通常与镉离子发生离子交换吸附。与活性炭、碳纳米管复合材料相比,石墨烯复合材料吸附能力强,镉最大吸附量可达到250 mg/g左右,而且制备成本低于碳纳米管,易于再生,是一类非常有实用化发展前景的吸附剂。     

基于氧化石墨烯和亚氧化钛的纳米复合材料用于脱盐的研究

以不同质量比的石墨烯（GO）与亚氧化钛为原料制备复合电极,并通过对比复合材料的形貌结构及其电化学特性选择出最适合的质量比;再将复合电极制作成电容去离子脱盐装置进行吸附实验。通过X射线衍射、红外光谱、循环伏安曲线以及电化学电阻抗等对其进行表征,结果表明,m（GO）∶m（亚氧化钛）∶m（聚乙烯醇）=4.9∶2.1∶3时,其比电容量为100.76 F/g,比表面积为247.06 m²/g,吸附量为13.78 mg/g。复合材料之所以表现出良好的脱盐性能,是因为GO和亚氧化钛对Na⁺吸附的协同作用。     

改性活性炭/碳纳米管复合电极脱盐性能研究

采用改性CNT*作为CDI电极导电剂,制备AC*/CNT*复合电极,考察其脱盐性能。利用BET、FTIR和TEM对AC或CNT的表面结构、官能团种类和分散性进行分析。利用电化学工作站和SEM对复合电极的比电容、阻抗和表面形貌进行分析。结果表明,通过改性,AC*的比表面积达到672.48 m2/g,增加了29.43%;CNT*的比表面积为117.39 m2/g,下降了9.94%,但其分散性得到有效改善。根据循环伏安测试和静态脱盐实验结果 ,按AC*∶CNT*∶PVDF=7.2∶0.8∶2质量比制备的电极效果最好,比电容高达130.48 F/g,比吸附量达到7.29 mg/g。     

改性活性炭/碳纳米管复合电极脱盐性能研究

采用改性CNT*作为CDI电极导电剂,制备AC*/CNT*复合电极,考察其脱盐性能。利用BET、FTIR和TEM对AC或CNT的表面结构、官能团种类和分散性进行分析。利用电化学工作站和SEM对复合电极的比电容、阻抗和表面形貌进行分析。结果表明,通过改性,AC*的比表面积达到672.48 m2/g,增加了29.43%;CNT*的比表面积为117.39 m2/g,下降了9.94%,但其分散性得到有效改善。根据循环伏安测试和静态脱盐实验结果 ,按AC*∶CNT*∶PVDF=7.2∶0.8∶2质量比制备的电极效果最好,比电容高达130.48 F/g,比吸附量达到7.29 mg/g。     

连续进水模式下电容去离子技术除氟研究

采用连续进水模式电容去离子技术(CDI)进行除氟研究,探讨了原水质量浓度、电压、流速、pH、共存离子、离子交换膜对除氟的影响,通过动力学分析探讨了其去除机理,并考察了电极的再生性能。结果表明,在原水质量浓度为50 mg/L、电压为1.5 V、流速为7 mL/min的条件下,电极吸附量可以达到3.17 mg/g。原水质量浓度越高、电压越大,电极的吸附量就越高。撤去电压电极即可高效再生,5次循环后,电极吸附能力可保持86%。离子交换膜可有效减弱pH波动,提高电极再生性能,但吸附量降低。连续进水模式下CDI除氟过程遵循准一级动力学模型,吸附速率与剩余电容成正比。     

活性炭/碳纳米管复合电极电吸附机理研究

按活性炭∶碳纳米管∶PVDF=7.2∶0.8∶2质量比制备活性炭/碳纳米管复合电极,并对其构成的EST模块进行吸附动力学、等温吸附和电迁移拟合研究,分析其吸附机理。结果表明,准一级反应动力学模型和Langmuir模型能够很好的拟合、描述活性炭/碳纳米管复合电极在EST脱盐过程中的吸附机理,说明电吸附速率只与一种反应物的浓度有关且是单离子层吸附,EST吸附过程中离子的电迁移率随迁移时间的变化趋势可以用指数形式的方程很好的拟合。     

活性炭/碳纳米管复合电极电吸附机理研究

按活性炭∶碳纳米管∶PVDF=7.2∶0.8∶2质量比制备活性炭/碳纳米管复合电极,并对其构成的EST模块进行吸附动力学、等温吸附和电迁移拟合研究,分析其吸附机理。结果表明,准一级反应动力学模型和Langmuir模型能够很好的拟合、描述活性炭/碳纳米管复合电极在EST脱盐过程中的吸附机理,说明电吸附速率只与一种反应物的浓度有关且是单离子层吸附,EST吸附过程中离子的电迁移率随迁移时间的变化趋势可以用指数形式的方程很好的拟合。     

聚吡咯/碳纳米管复合阴极材料的制备及电容性脱盐研究

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/碳纳米管(DBS-PPy/CNTs)复合阴极材料。针对不同浓度的SDBS,考察了材料的表面形貌、电化学性能及以DBS-PPy/CNTs电极为阴极、CNTs电极为阳极构成的电容法脱盐单元的吸附性能。结果表明,在SDBS浓度为1.0 mmol/L时,所制备的DBS-PPy/CNTs复合纳米材料综合性能最佳,电极的比电容为97.85 F/g,约为CNTs电极的4.3倍;组成电容法脱盐单元(CDI)时,电极对Na+的比吸附量为21.55 mg/g,是CNTs为阴极时的3倍。在吡咯聚合过程中引入掺杂离子是实现该类材料导电性和离子吸附选择性的重要技术手段。     

溶胶凝胶法制备壳聚糖/氧化石墨烯气凝胶及性能表征

以氧化石墨烯(GO)和壳聚糖为原料,采用溶胶凝胶法制备了壳聚糖/氧化石墨烯气凝胶(CGOAs),研究了壳聚糖作为黏接剂控制氧化石墨烯团聚的影响,讨论了GO/壳聚糖的不同质量比对有序孔结构的影响和调控机理,并通过全自动吸附仪对样品的孔隙结构进行了基本表征。结果表明:当GO与壳聚糖的比例为1∶10时,比表面积达到最大值195 m~2/g,微孔孔容达到最大值0.06 cm~3/g。     

PEI改性氧化石墨烯的制备及其CO_2的吸附

以氧化石墨烯(GO)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,将PEI接枝到GO表面,制备了PEI改性的氧化石墨烯复合材料(GPs),讨论了GO/PEI的不同质量比对复合材料孔隙结构和CO_2吸附性能的影响。通过全自动吸附仪对样品的孔隙结构进行了基本表征,并在不同条件下研究了GPs对CO_2的吸附脱附性能。结果表明:当GO/PEI的比例为1∶6时,比表面积达到最大值37 m~2/g,总孔容为0.064 cm~3/g,平均孔直径为69.1 nm,CO_2吸附量在273 K、3 MPa下最高达到645 mg/g。     

硫氮共掺杂石墨烯的制备及其电化学性能

采用改进的Hummers方法经冷冻干燥制备氧化石墨烯(GO),以硫脲作为还原剂和掺杂剂,按GO与硫脲的质量比为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40的用量分别加入硫脲,采用一步水热法合成硫氮共掺杂石墨烯。通过X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附分析等手段表征了样品的微观结构和形貌,通过循环伏安、电化学交流阻抗、恒流充放电技术对样品进行电化学性能测试。结果表明:当GO∶硫脲=1∶30(质量比)时,得到的硫氮共掺杂石墨烯(SNG)中硫掺杂量最高为1.86%(质量分数)、氮掺杂质量分数最高为7.73%,比表面积达175.8m2/g,且具有较窄的孔径分布,集中在3~5nm。在电流密度为1A/g时,SNG的比电容最高达197.2F/g,经过2000次充放电循环后,比电容为177.3F/g,电容保持率达90%。     

氧化石墨烯的酸性还原及其超级电容性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在酸性条件(pH=5)下以180°C进行水热还原,通过调节水热反应时间来制备不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO)。研究了不同的水热反应时间对RGO结构及超级电容性能的影响。结果表明:控制水热反应时间可以制备出还原程度不同的RGO,在电化学测试中,随着水热反应时间的延长,RGO电极的比电容呈先上升后下降的趋势。当水热反应时间为6 h时,RGO电极表现出最佳的超级电容性能,其在1 A/g电流密度下比电容达到251 F/g,相对于GO电极提高了225%。经过500次充放电循环后,RGO-6电极比电容保持率达到92%,具有优异的循环稳定性。     

氧化石墨烯的酸性还原及其超级电容性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在酸性条件(pH=5)下以180°C进行水热还原,通过调节水热反应时间来制备不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO)。研究了不同的水热反应时间对RGO结构及超级电容性能的影响。结果表明：控制水热反应时间可以制备出还原程度不同的RGO,在电化学测试中,随着水热反应时间的延长,RGO电极的比电容呈先上升后下降的趋势。当水热反应时间为6 h时,RGO电极表现出最佳的超级电容性能,其在1 A/g电流密度下比电容达到251 F/g,相对于GO电极提高了225%。经过500次充放电循环后,RGO-6电极比电容保持率达到92%,具有优异的循环稳定性。     

BiVO4/GO复合光催化剂的制备及催化性能研究

利用水热法一步制备了钒酸铋/氧化石墨烯(BiVO_4/GO)复合光催化剂,通过扫描电镜、红外光谱、X-射线粉末衍射和N_2吸附-脱附曲线对复合催化剂结构和形貌进行表征,并将其应用于活性红印染废水的处理研究,探讨其催化活性。扫描电镜观察到复合催化剂中纳米BiVO_4颗粒聚集在GO片层表面。GO的加入并未改变BiVO_4晶型结构。BiVO_4/GO复合催化剂的最可几孔径和比表面积分别为11.66 nm和23.33 m~2/g。BiVO_4/GO对活性红的降解效率高达98.97%,循环使用5次后,降解率仍达到89.13%,说明该催化剂具有良好的循环使用活性。最后采用Langmuir-Hinshelwood(L-H)一级动力学模型方程拟合催化降解过程,相关系数R~2均大于0.92,说明L-H一级动力学模型方程非常适合于拟合该催化动力学过程。     

碳纳米管电极压片成型条件优化与脱盐性能研究

以碳纳米管（CNT）为活性材料,聚偏氟乙烯（PVDF）为黏结剂,石墨(G)为导电剂,采用压片成型法制作用于电容法脱盐（CDI）过程的电极。研究分析了黏结剂比例和成型压力等制作条件对电极电化学性能和脱盐性能的影响规律。结果表明：随着黏结剂比例的增加,电极的比表面积和电导率均呈逐渐降低趋势,而电极比电容和比吸附量则呈先增加后减小的变化规律;随着成型压力的增加,电极的比表面积逐渐减小,导电率逐渐增大,比电容与比吸附量呈先增加后减小的趋势。在PVDF的质量分数为10%、G的质量分数为5%、成型压力为10 MPa的条件下,制作得到的电极性能最好,其比电容和比吸附量分别为80.4 F/g和14.1 mg/g。     

活性炭电极改性及电吸附除盐性能研究

以m(果壳活性炭)∶m(酚醛树脂)∶m(乌洛托品)∶m(石墨粉)=70:29:0.5:0.5制得活性炭电极,采用比表面积及孔径分析仪(BET)、X射线衍射分析仪(XRD)、电化学工作站分析电极的表面性质、孔径分布及电化学性能.结果表明:在电吸附过程中,经过物理化学改性后的活性炭电极对NaCl的单位吸附量达到7.14 mg/g,物理改性电极的单位吸附量为5.86 mg/g,相比高出21.84％.经拟合均符合伪二级动力学方程.通过物理化学法改性的活性炭电极具有更好的电吸附性能和优良的重复利用性.     

KOH活化对超级电容器用氮掺杂石墨烯的影响

为了制备高比表面积、适宜孔径的石墨烯基材料,从而使其具备良好的电化学性能,化学活化法已经被广泛地研究。本文以氧化石墨烯(GO)为基体,密胺树脂预聚体为氮掺杂剂,采用KOH活化法制备超级电容器用氮掺杂石墨烯材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积和孔隙度分析(BET)、循环伏安法(CV)及恒电流充放电法(GCD)等对其微观形貌和电化学性质进行分析。结果表明:在活化温度800℃,活化倍率3.0时,样品的比表面积为554.32 m2/g,比电容达到312 F/g,具有更好的电化学特性。     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。