生物质衍生多孔碳材料的制备及电化学应用

多孔碳材料由于具有比表面积大、孔结构发达、耐酸碱、耐腐蚀、导电性优良以及孔径可调等性质和特点,被广泛用作新型储能装置的电极材料。生物质作为一种来源丰富、廉价易得的可再生资源,为多孔碳材料的制备提供了充足的原料。本文主要介绍了利用碳化和活化的工艺制备生物质衍生多孔碳材料的方法、工艺和机理,论述了生物质衍生多孔碳材料在超级电容器、锂离子电池和钠离子电池中的应用,分析了材料孔结构与电化学性能之间的关系。指出生物质衍生多孔碳材料作为电化学储能装置的电极材料时具有比容量偏低的缺陷,可通过复合、掺杂异原子,以及表面改性等手段解决这一问题。     

生物质基碳材料的制备及其超级电容性能

超级电容器是一种极具潜力的绿色储能装置,具有循环寿命长、可快速充放电、高动态电荷传播等特点。生物质基碳材料作为一种新型的电极材料,由于极好的倍率性能和循环稳定性,在超级电容器中得到广泛的应用。同时,生物质碳材料具有成本较低、来源广泛、形式多样及易于加工等特点。综述了生物质基碳材料的制备方法并具体讨论了影响其电容性能的因素。     

用于锂硫电池正极的生物质碳材料制备与应用

当前市场对于新一代高能量密度的电池需求日益迫切,锂硫电池作为最有前景的二次电池之一,其正极材料的研究广受关注。而生物质为前驱体的碳材料因其来源广泛易制备、环境友好性能高而不断被应用到锂硫电池正极材料的研究中。介绍了正极材料的研究现状,制备生物质基碳材料的主要方法,不同制备因素对于生物质碳材料的影响以及在锂硫电池中性能的影响;介绍了生物质碳材料结合目前正极材料的改进措施的实例;最后对生物质碳材料在锂硫电池正极未来的发展方向提出了思考。     

绿色大规模制备甘蔗渣衍生的N/O双掺杂硬碳用作高性能钠离子电池负极

得益于丰富的钠资源和类似的插层化学性质,钠离子电池被认为是一种很有前途的锂离子电池替代者.生物质硬碳具有来源丰富、可再生的优点,是一种高性价比的阳极材料.本文采用简单两步法,机械球磨和炭化,将可再生甘蔗渣制备成硬碳材料.这种硬碳电极具有较高的可逆容量(315 mA?h/g),表现出优秀的电化学性能.此外,在全电池HC/...     

金属有机骨架材料的合成、改性技术及其吸附分离CO_2的应用

金属有机骨架(MOFs)材料具有比表面积和孔隙率高、结构易功能化和微孔尺寸可调等特点,在CO_2吸附分离领域得到了广泛应用。详细介绍了溶剂法、微波合成法等几种典型的MOFs合成方法,综述了单组分、多组分、高CO_2压力、低CO_2压力下MOFs材料对CO_2的吸附分离情况。介绍了负载碳纳米材料、疏水性基团改性、氨基官能团改性等MOFs改性材料在气体吸附领域应用的最新进展。最后,指出了选择合适高效的制备方法合成MOFs,选择物理性质与化学性质较优的官能基团对MOFs材料改性,以提高其水热稳定性是其在CO_2吸附分离领域应用的发展趋势。     

碳系填料填充型电磁屏蔽材料的研究进展

电磁屏蔽材料的研发对防止或减轻电磁波的危害具有重要意义。填充型电磁屏蔽材料在电磁屏蔽领域有着广阔的应用前景,以碳系填料作为导电填料的填充型电磁屏蔽材料,因其具有成本低、质量轻、导电性优异等优势,受到越来越多研究者的关注。本文对碳系填充型聚合物电磁屏蔽材料的研究进展进行了综述,介绍了电磁屏蔽材料的屏蔽原理,重点论述了碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯以及杂化碳系填料对材料电磁屏蔽性能的影响,提出了材料微观结构设计、可提高碳系材料分散性的制备工艺等是促进新型碳系填料填充型电磁屏蔽材料发展的关键。     

介孔碳材料合成的研究进展

介孔碳是一类新型的非硅基介孔材料,孔径一般在2~50 nm,其具有较高的孔比表面积、可调的孔道结构、良好的导电和导热性能等一系列优点,因此在吸附、催化、储氢及电化学等众多领域有着广泛的应用前景。综述了目前介孔碳材料的各类合成方法,重点介绍了模板法,其中包括硬模板法和软模板法,并对模板法的进一步研究进行了展望。     

基于三维孔道结构微球的亚甲基蓝吸附性能研究

为了发展生物质废料在染料废水净化领域的应用及可回收生物质衍生碳的循环净水研究,借助水热碳化与KOH活化和溶胶凝胶法制备了柚子皮衍生碳/海藻酸钙(PPC/CA)具有三维孔道结构的复合微球。通过扫描电镜、透射电镜、比表面积分析仪等表征手段对其形貌、结构、比表面积等进行了分析,研究了其对含亚甲基蓝(MB)废水的吸附性能。实验结果证明:PPC/CA复合微球内部是由大孔、介孔和微孔构成的分等级三维孔道结构,比表面积为161.4 m~2/g;当MB初始浓度为200 mg/L时,PPC/CA的平衡吸附量为479.4 mg/g;通过对其吸附实验研究发现复合微球对MB的吸附符合准二级动力学模型。     

介孔空心碳纳米球的制备及其超电性能

采用简化的硬模板法将正硅酸四乙酯、间苯二酚和甲醛溶液均匀混合,通过将模板制备和材料包覆过程合二为一来制备介孔空心碳纳米球。利用SEM、TEM、XRD和Raman等对介孔空心碳纳米球的结构和形貌进行表征和分析,并通过CV曲线、GCD曲线和循环稳定性曲线等对其进行电化学性能分析。结果表明:介孔空心碳纳米球具有丰富的孔道结构和大比表面积,在超级电容器应用中表现出优异的超电性能;在电流密度为1 A/g时,比电容为240 F/g,在经历10000次循环后材料比电容还保持93.75%。这些良好的性能都显示了介孔空心碳纳米球作为超级电容器电极材料具有较好的储能应用潜力。     

水稻秸秆和椰壳生物质碳对菲的吸附动力学对比

以水稻秸秆为前驱物质,在700 ℃高温条件下酸处理制备含灰分和去除灰分的2种水稻秸秆生物质碳吸附剂; 对这2种生物质碳的内部结构与表面形态进行粒度与扫描电镜显微观察与分析,并与椰壳生物质碳进行对比; 然后,以菲为目标污染物,采用批处理试验方法,系统考察上述3种生物质碳对菲的吸附性能及其结构特征的异同。结果表明:酸处理制成的去除灰分水稻秸秆生物质碳有效提高了比表面积、孔容与碳含量; 水稻秸秆生物质碳对菲的吸附能力很强,并且吸附率很快,在1 min内吸附率就可达到70%; 上述3种生物质碳对菲的吸附能很好地遵循伪二级动力学方程,而且伪二级吸附速率常数随菲初始质量浓度的增大而逐渐减小,说明其主要受颗粒内部扩散控制。由此可见,酸处理水稻秸秆生物质碳是一种理想的污染土壤修复材料。     

煤基碳负极材料在锂离子电池中的应用研究进展

随着碳达峰、碳中和成为全球共识,电化学储能技术和相关产业得到了飞速发展,与此同时电极材料的需求也与日俱增。因此,如何利用来源广泛、成本低廉的前驱体制备高性能负极材料成为国内外研究的热点。煤炭因具有碳含量高、储量丰富和价格低廉等特点成为最有潜力的负极材料前驱体。近年来,研究者以煤炭为原料制备了无定型碳、石墨、碳纳米管和石墨烯等负极材料,并对其在锂离子电池中的应用进行了深入研究。总结了三类典型的煤基碳负极材料在锂离子电池中应用的研究进展,并对其合成方法、优化改性及电化学性能等方面进行了综述,最后对煤基碳负极材料的发展及应用进行了展望。     

木质素低共熔溶剂分离、功能材料制备及应用研究进展

木质素化学结构及分子组成复杂,工业生产中难以实现高效清洁分离.传统的制浆或预处理过程得到的木质素一般会发生降解或缩合,且纯度低,限制了其后续高值化利用.因此,开发新型、绿色的木质素分离技术尤为重要.低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvent,DES)分离法作为一种新型绿色木质素分离技术,是当前生物质精炼领域...     

MOFs耦合木材复合材料在环境修复方面应用研究进展

在全国大力倡导“绿水青山就是金山银山”的背景下,发展高效率、低成本、零污染的先进可循环使用污染物去除技术将成为实现“绿水青山”的关键。然而,当前传统的污染物去除技术如活性炭吸附、高级氧化、膜分离等仍处于主流地位,具有成本低的优势,但存在去除效率低,能耗高,二次污染等问题。以纳米材料为核心的环境纳米技术（吸附,催化,膜分离等）由于其高效性和功能多样性在环境修复领域引起了学者的巨大关注。金属有机骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）是由金属离子和有机配体构成的具有一维、二维、三维结构的多功能晶态材料,作为一类新兴的多孔材料因其具有有序的孔道、丰富的结构和高的比表面积,在环境修复领域一经应用便表现出了很好的应用前景。然而,MOFs本身的晶型结构决定了它们大多以粉末状存在,具有本身固有的易碎性,不宜加工型和低相容性,在回收、加工成型等方面受到限制,严重制约了其在实际中的应用。生物质材料因其种类多、低成本和固有的高孔隙率等特性,在在环境修复方面引起了国内外学者极大的兴趣。而木材是最常见和最丰富的生物质材料之一,具有天然的多维孔道结构,丰富的羟基/羧基,良好的可加工性,是固定粉末状MOFs的理想载体。近年来,国内外学者利用其本征结构及特性,以MOFs作为新型载体引入功能化纳米粒子或非均相催化剂等活性组分构筑的新型结构体系成为当前研究热点之一,并逐渐应用于木材、纤维素、凝胶等生物质及其衍生物基复合材料的制备和生物质催化转化等领域,相关基础研究正在逐渐拓展并展现出较大的应用潜力。基于此,笔者系统介绍了MOFs与木材的耦合策略如混合浸泡法、真空浸渍法,溶剂热法,原位生长法等,同时揭示了MOFs负载到木质上耦合MOFs/木材复合材料的机理如物理吸附、润湿机理、毛细现象、构造成核位点。笔者对当前MOFs材料在生物质及其衍生化学品中应用研究的代表性成果进行梳理与总结。在此基础上,重点讨论了这些MOFs/木材复合材料在气相物吸附,重金属离子去除,有害颗粒物过滤,高级氧化等环境修复领域的应用现状,阐明了MOFs微观结构设计与复合材料宏观性能之间的关联机制。最后,对MOFs/木材复合材料发展过程中面临的机遇与挑战进行了展望。该综述为设计构筑面向环境实际应用MOFs基复合材料提供了新的视野,将促进其在环境修复领域的应用。     

生物炭农田应用的固碳减排研究进展

温室气体(GHGs)过量排放造成的全球气候变化问题受到广泛关注,农业活动是第二大温室气体排放源,减少农业温室气体排放刻不容缓.生物炭由生物质在高温限氧条件下热解炭化获得,其性质稳定、孔径丰富、富含芳香碳,因而减排增汇效果优异,具有参与农业自愿减排碳交易的显著潜力.然而生物炭固碳减排效果异质性大,影响因素复杂多样,因此有必要对其减排效应、影响因素和研究进展进行归纳总结.本文系统梳理了国内外与生物炭固碳减排相关的室内、大田研究和整合分析研究,同时采用CiteSpace软件进行可视化分析,探究了该领域的发展趋势和研究热点.基于国内外碳交易市场发展特点与程度以及相应配套政策总结了生物炭参与碳交易面临的机遇和挑战,并提出了相应的解决手段,为生物炭固碳减排研究的开展和生物炭农田应用项目参与碳交易提供了科学指导和建议.     

基于木质素的多功能材料应用研究进展

木质素结构复杂,来源广泛,价格低廉,是自然界可再生的酚类聚合物.木质素可以转化为能源、化学品及多功能材料,具有广阔的潜在应用前景.本文简单地介绍了木质素的分离、结构与基本性质,综述了基于木质素的多功能材料研究进展,尤其是依托典型案例介绍了基于木质素的多功能材料在能源、环境、传感以及碳达峰碳中和等领域中的研究进展.最后,...     

贮氢材料研究进展

氢是一种清洁的绿色能源，其应用研究受到了广泛的关注。氢能的利用可以保护环境、减少污染、充分发挥能源利用率。本文概述了贮氢材料的种类及其最新的研究进展，介绍了贮氢材料的性能特点，并对贮氢合金、轻质金属-铝氢化物、玻璃微球、碳纳米管、高比表面活性炭、有机液体氢化物等贮氢材料做了进一步的综述。     

纤维素基吸附剂对重金属离子吸附的研究进展

纤维素作为一种可再生、对环境友好的生物质资源,成为吸附领域的重点研究对象之一。本文着重介绍了氧化改性、酯化改性、醚化改性、接枝共聚、交联改性和复合改性的纤维素基吸附材料在重金属离子吸附领域的研究进展。这些改性方法均能改善纤维素对重金属离子的吸附性能,但存在着流程较长、吸附条件较为苛刻、金属适用范围各异的局限性。因此,应通过进一步系统研究,找到制备可选择性吸附重金属离子的纤维素基吸附材料经济有效的方法。     

木质生物质在能源方面的开发与利用

针对目前的能源形势,从木质生物质能的储存以及木质生物质能与化石能源产生污染的比较出发,提出了木质生物质在未来能源领域的应用潜力及应用前景。介绍了木质生物质的基本组成和化学组分,木质生物质作为能源的利用途径——直接燃烧、气化、液化和碳化等,以及在其利用技术方面的最新研究进展。旨在引起对木质生物质的能源潜力和木质生物质能转化技术的普遍关注,从而促进该技术的进一步发展。     

玄武岩纤维加固混凝土梁式结构的研究综述

玄武岩纤维复合材料(BFRP)是一种新型的加固材料,成为了代替碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等传统加固材料的新一代复合加固材料.与碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等相比,玄武岩纤维有耐高温、耐腐蚀、成本低廉、生产方便等优点.本文重点总结玄武岩纤维最近5年在国内的研究方向与成果,并分析玄武岩纤维在钢筋混凝土梁式结构中的应用与前景展望.