双电层电容器用新型无灰煤(HyperCoal)基活性炭的制备

以无灰煤(HyperCoal)为原料,KOH和CaCO3为活化剂制备了煤基活性炭,采用低温N2吸附法表征了活性炭的比表面积和孔结构,测定了活性炭用作双电层电容器(EDLC)电极材料的电化学性能。考察了炭化温度、活化温度、活化时间和活化剂对活性炭电容特性的影响。研究结果表明,比表面积和比电容随着炭化温度的升高而降低,活化温度过高或活化时间太长对比电容有不利影响。此外,CaCO3影响活化过程中孔的开发,显著降低所制备活性炭的比表面积和比电容。在炭化温度为500℃、活化温度为800℃、KOH与焦的质量比为4∶1和活化时间2 h下所得活性炭的比表面积和总孔容分别达到2 540 m2/g和1.65 cm3/g,该活性炭电极在0.5 mol/L TEABF4/PC电解液中的比电容达到最大值46.0 F/g。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

氮掺杂高比表面多孔碳的一步化学活化法制备及其超电容性能

以聚氨酯发泡剂为碳源和氮源,以氢氧化钾为活化剂,采用一步化学活化法制备了具有高比表面积的氮掺杂活性炭。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光电子能谱(XPS)对碳材料的微观形貌、组成、比表面积和孔道结构进行了表征。结果表明,在700℃活化的碳材料FC700具有最高的比表面积(2 740 m~2·g~(-1))和最大的孔容(1.27 cm~3·g~(-1)),这归因于KOH与泡沫的充分相互作用。在以6.0 mol·L~(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,其比电容达到了452 F·g~(-1)。在组装的对称超级电容器中,其比电容达到了344 F·g~(-1),功率密度为247 W·kg~(-1)时对应的能量密度为11.9 Wh·kg~(-1)。在10 000次循环后电容保持率为98.03%,表现出优异的稳定性。FC700的优异电化学性能可能归因于高的比表面积,大的孔体积和氮原子的掺杂。     

大碳层间距的沥青基多级孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

基于KOH活化法,以纳米级片层多孔MgO为模板剂,制备大碳层间距的沥青基超级电容器用多级孔碳材料。考察了模板剂添加量对多孔碳材料孔分布、碳层间距等理化性能及电化学性能的影响。结果表明模板剂添加量为沥青质量的25%时,多孔碳材料比表面积、孔体积分别为2 634 m~2·g~(-1)、1.12 cm~3·g~(-1),碳层间距高达0.374 nm,用于超级电容器电极材料时,1和20A·g~(-1)电流密度下的比电容分别为338和277 F·g~(-1),经过10 000次循环恒电流充放电,1 A·g~(-1)下容量保持率为93.5%,展现了优异的电化学性能。     

炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响

以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs~(-1)200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g~(-1)电流密度下比容量高达204 F·g~(-1),1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g~(-1)时依然具有高比容量(149 F·g~(-1)),表明ACFs~(-1)200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。     

低氧掺杂纳米石墨片的制备及其电化学性能

采用一种新颖的物理方法——磁力研磨法制备石墨片纳米材料,该方法能够高效的将初始鳞片石墨剥离破碎至纳米级别。研究发现,制备得到的纳米石墨片(Graphite nanosheet)具有一定的含氧官能团,并且随研磨时间增加,其比表面积可增加至804m~2·g~(-1)。电化学性能测试结果表明,在0.1 A·g~(-1)的电流密度下,最大比电容量可达到266.8 F·g~(-1),体现出了良好的电化学性能。     

用于高性能超级电容器的氮掺杂碳纳米网的制备

以菲为碳源、氨气为氮源,通过一步碳化、活化法成功制得了氮掺杂碳纳米网(NCNs)。在800℃下制得的样品(NCN_(800))具有独特的网状结构、大的比表面积(1 567 m~2·g~(-1))和高的原子百分含量(N 4.41%、O 13.71%)。归因于这些结构特征,工作电极NCN_(800)在三电极系统中显示出高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为542.3 F·g~(-1))。此外,用于对称超级电容器的NCN_(800)电极展现了高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为443.6 F·g~(-1))、良好的倍率性能(20 A·g~(-1)电流密度下比电容为341.2 F·g~(-1))以及优异的循环稳定性(经过30 000次循环后比电容保持率为93.5%)。     

超级电容器用相互连接的类石墨烯纳米片

采用氧化镁模板耦合原位氢氧化钾活化法制备了超级电容器用煤焦油基相互连接的类石墨烯纳米片(IGNSs)。所制备的IGNS具有高达2887 m~2·g~(-1)的比表面积和大量的分级短孔。当作为超级电容器的电极材料时,在6 mol·L~(-1) KOH电解液中,于0.05 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS显示出313 F·g~(-1)的高比容;在20 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS的比电容为261F·g~(-1),显示了好的倍率性能;经过10000次循环测试后,其容量保持率为92.7%,展现了优异的循环稳定性。这一工作为从芳烃分子大规模生产高性能储能用类石墨烯纳米片提供了一种简单的方法。     

褐煤基多孔炭/CoNi_2S_4复合材料的制备及电容特性研究

以宝清褐煤为原料,使用KOH溶液萃取、活化后制得煤基多孔炭,并利用简单的水热法将褐煤基多孔碳与CoNi_2S_4复合,制备复合电容电极材料。考察了不同碳添加量对褐煤基多孔碳/CoNi_2S_4复合材料电化学性能的影响,结果表明,碳添加量过高或过低都不利于复合材料比电容的提升,而碳添加量为37%的褐煤基多孔碳/CoNi_2S_4复合材料具有较高的比电容和良好的循环性能,该复合电极在4 A/g电流密度下,比电容达到1318.2 F/g,在4000次充放电循环后电容保持率为80.9%。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

多孔炭材料的研究进展及前景

近年来多孔炭材料在国内外的研究和开发应用都十分活跃。本文从制备原料的扩展, 形态特征的增多, 纳米空间的控制, 功能特性的改进, 微细组织的察, 应用途径的开拓等不同方面综述了多孔炭材料的研究和应用开发的新进展。     

The role of different phenomena in surface-activated chemical ionization (SACI) performance

In previous studies, the production of ions in an APCI source without any corona discharge was observed, and the intensity of the ion signals showed significant increases on placing a metallic surface at 45 degrees inside an orthogonal ion source. This method was named surface-activated chemical ionization (SACI). The present study was performed to investigate the mechanisms of ion production with or without the presence of the metallic surface, by varying instrumental parameters and the geometrical configuration. Approximate calculations show that, in the absence of corona discharge and of any additional surfaces, ions cannot be produced by collisional phenomena, because of their low kinetic energy, in the 10(-2) to 10(-3) eV range. Two alternative possibilities have been considered: the first takes into account that ions may originate by collision of neutral clusters of polar solvent molecules with the APCI source surfaces through clusterelectric effect. The second takes into account that the water dissociation constant k(w) is temperature dependent, passing from 10(-14.1669) at 20 degrees C to 10(-12.4318) at 90 degrees C. It means that the [H(+)] varies from 8.3 x 10(-8) to 6.1 x 10(-7) M going from 20 to 90 degrees C. Hence, at the high temperatures experimented in the APCI vaporizer, H(+) becomes available in solution in molar quantities analogous to those of analyte, and the protonation of the analyte itself can consequently occur. The activation of further ionization processes in the presence of the metallic surface can be reasonably attributed to interactions between gas-phase analyte molecules and solvent molecules adsorbed on the surface. Experiments performed with a thin layer of deuterated glycerol on the surface led to unequivocal results, i.e. the production of [M + D](+) ions of the analyte.     

Structural Characterization and Property Study on the Activated Alumina-activated Carbon Composite Material

AlCl3,NH3·H2O,HNO3 and activated carbon were used as raw materials to prepare one new type of activated alumina-activated carbon composite material.The influence of heat treatment conditions on the structure and property of this material was discussed;The microstructures of the composite material were characterized by XRD,SEM,BET techniques;and its formaldehyde adsorption characteristic was also tested.The results showed that the optimal heat treatment temperature of the activated alumina-activated carbon composite material was 450 ℃,iodine adsorption value was 441.40 mg/g,compressive strength was 44 N,specific surface area was 360.07 m2/g,average pore size was 2.91 nm,and pore volume was 0.26 m3/g.According to the BET pore size distribution diagram,the composite material has dual-pore size distribution structure,the micro-pore distributes in the range of 0.6-1.7 nm,and the meso-pore in the range of 3.0-8.0 nm.The formaldehyde adsorption effect of the activated alumina-activated carbon composite material was excellent,much better than that of the pure activated carbon or activated alumina,and its saturated adsorption capacity was 284.19 mg/g.     

粉末活性炭基复合材料制备及净化含油污水的性能和机制

针对粉末活性炭对亲水小分子有机物吸附效率低和固液分离速度慢的问题, 本研究以粉末活性炭(PAC)、腐植酸盐(HS)、聚合氯化铝(PACl)为原料, 通过融合法成功制备了粉末活性炭基复合材料PACMC (powdered activated carbon matrix composites), 将其作为含油污水的净化吸附剂. 扫描电子显微镜-X射线能量色散谱仪(SEM-EDS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征分析确认了PACMC的微观形貌和化学组成, 证实了PAC、HS和PACl是通过化学反应生成了PACMC. PACMC具有层状多孔结构和活性官能团, 有利于含油污水分子的传输扩散和化学吸附. 通过静态吸附实验研究了PACl、PAC和PACMC对含油污水中有机物的吸附性能, 结果表明: PACMC对含油污水中有机污染物的吸附能力是PAC和PACl的2~3倍(q_e=23.04 mg•g^‒1, C₀=300 mg•L^‒1); 当吸附时间达到120 min 时, PACMC上的活性位点与含油污水中有机污染物的结合已基本达到饱和(q_e=23.04 mg•g^‒1, C₀=300 mg•L^‒1). 溶液pH值对PACMC吸附去除含油污水中有机物的影响显著, pH=3时, 吸附效果最好(q_e=27.6 mg•g^‒1, C₀=300 mg•L^‒1); 伪二级动力学方程能很好地描述含油污水中有机物在PACMC上的吸附行为, 动力学拟合结果表明其吸附过程分多步进行, 化学吸附和内扩散均具有重要作用. 等温吸附数据符合Dubinin-Radushkevich模型, 证明其吸附机理为化学吸附. 因此, PACMC吸附含油污水的机理包括化学结合/螯合作用、疏水力作用和静电吸附作用.     

活性白土的制备

活性白土的制备谭钦德，陈淑荷，谭志诚（佛山大学化学系佛山５２８０００）关键词膨润土，活性白土，活化工艺活化是膨润土深加工中的一个基本工艺过程。活性白土既可直接用作医药、化妆品和涂料等的原料，也可用于油品制造的脱色以及碱性、极性基团的吸附工艺［１～３］...     

Isotope Dilution Analysis of Exchangeable Water in Coal,Coal Char,and Activated Coal Char

Abstract

Isotope dilution analysis techniques were employed for the determination of the quantity of exchangeable water in moist subbituminous coal, non-activated coal and activated coal char; the latter two products were prepared from the subbituminous coal used in this study.     

活性炭催化碳酸二甲酯水解行为的研究

以无氯Cu/AC催化剂中活性炭载体为研究对象,对活性炭上DMC水解反应条件进行了考察,并通过Boehm滴定法和XPS对活性炭上DMC水解活性位点进行了分析。结果表明,温度的升高和水含量的增加对DMC水解有较大的促进作用,较高的压力和CO_2气氛对DMC水解有一定的抑制作用,甲醇量和CO、O_2、N_2气氛对DMC水解影响较小。不同条件处理的活性炭表面基团种类、数量均有较大变化,HNO_3处理使活性炭碱性基团含量下降,羧基等酸性含氧官能团含量明显增加,总酸量最高可达1.88 mmol·g~(-1);先HNO_3后NaOH处理的活性炭上酸性基团含量大量减少,表面碱性基团含量则有较大提高,总碱量最高可达1.69 mmol·g-1。特别地,活性炭表面碱性基团是催化DMC水解的活性位点,在活性炭碱性基团含量由0.16增加到1.69mmol·g~(-1)的过程中,DMC水解程度由2.5%增加到了31.7%,而酸处理可以有效降低活性炭表面碱性基团含量,抑制其催化DMC的水解性能。     

活性炭催化碳酸二甲酯水解行为的研究

以无氯Cu/AC催化剂中活性炭载体为研究对象,对活性炭上DMC水解反应条件进行了考察,并通过Boehm滴定法和XPS对活性炭上DMC水解活性位点进行了分析。结果表明,温度的升高和水含量的增加对DMC水解有较大的促进作用,较高的压力和CO₂气氛对DMC水解有一定的抑制作用,甲醇量和CO、O₂、N₂气氛对DMC水解影响较小。不同条件处理的活性炭表面基团种类、数量均有较大变化,HNO₃处理使活性炭碱性基团含量下降,羧基等酸性含氧官能团含量明显增加,总酸量最高可达1.88 mmol·g^-1;先HNO₃后NaOH处理的活性炭上酸性基团含量大量减少,表面碱性基团含量则有较大提高,总碱量最高可达1.69 mmol·g^-1。特别地,活性炭表面碱性基团是催化DMC水解的活性位点,在活性炭碱性基团含量由0.16增加到1.69 mmol·g^-1的过程中,DMC水解程度由2.5%增加到了31.7%,而酸处理可以有效降低活性炭表面碱性基团含量,抑制其催化DMC的水解性能。     

KOH活化木屑生物炭制备活性炭及其表征

以木屑热裂解的生物质炭为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制备活性炭,探讨了碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭吸附亚甲基蓝吸附值的影响。 利用N2吸附实验、XRD和FTIR等实验技术,对原料与制备活性炭的结构与性能进行了表征。 结果表明,在碱炭质量比为1.5、活化温度750 ℃、活化时间2 h的条件下,所制备的活性炭对亚甲基蓝吸附值为255 mg/g,BET总比表面积为1514 m2/g,中孔比表面积为110 m2/g,吸附总孔容为0.821 cm3/g,中孔孔容为0.117 cm3/g,吸附平均孔径为2.170 nm。     

木炭(活性炭)脱色效率的研究

食醋中醋酸量的测定实验在一些大学与中学教材中都有安排,但陈醋由于颜色深,活性炭脱色效率不高,严重影响实验的进行。通过实验系统研究了市售活性炭、自制锯末活性炭、竹子活性炭、花生壳活性炭、熟骨头活性炭、核桃壳活性炭对陈醋的脱色效率。结果表明：给陈醋脱色时,活化后的市售活性炭效率最高,自制竹子活性炭次之,可以代替市售活性炭使用,值得自制与推广;脱色时振荡比不振荡要好;被脱色液体的体积大小与脱色剂量的比例恰当时,脱色效率最高;脱色后的液体经离心机离心分离可以快速获得无色澄清液体。