活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究

以KOH为活化剂对碳纳米管进行化学活化制备双电层电容器用高比表面积活性碳纳米管. 采用TEM和N₂吸附法表征活性碳纳米管的结构, 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价其在1 mol•L^－1 Et₄NBF₄/PC中的电容性能. 随活化剂用量增大、活化温度升高和活化时间的延长, 活性碳纳米管的比表面积和比电容都呈增大的趋势. 活化剂用量为3∶1, 800 ℃活化4 h制备的活性碳纳米管的比表面积663 m²•g^－1, 比活化前提高了3倍, 其比电容达57.2 F• g^－1, 比活化前提高了2倍. 将活性碳纳米管的比电容与其比表面积相关联, 发现两者之间具有非常好的线性关系, 并分析了原因.     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl2为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl2活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。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,CSi-1.75-Zn的比电容为344 F·g^-1,而CSi-1.75的比电容仅为255 F·g^-1。这表明碳材料的比表面积对超级电容性能影响最大,而孔体积影响较小。电容贡献分析结果表明,相对于CSi-1.75,CSi-1.75-Zn的双电层电容和赝电容都得到了提高,这表明更大的比表面积和更多的吡啶氮和吡咯氮有利于提高碳材料的超级电容性能。     

汉麻杆基活性炭表面织构与储氢性能的研究

以天然汉麻杆为原料,采用KOH化学活化的方法改变活化时间制备出了高比表面积活性炭,并且对其表面进行硝酸氧化处理,研究活性炭表面化学状态对其吸附性能的影响。采用77 K低温氮气吸附和FTIR对样品进行了表征,并在77 K、100 kPa的条件下测定样品的氢气吸附等温线。结果表明,所有样品具有较高的比表面积(2 435.93～3 240.95 m²·g^-1)和总孔容(1.3～1.98 cm³·g^-1),且随活化时间的延长而增加,3.5 h达到最大值,之后由于骨架坍塌有所减小。所有样品的孔径分布较为一致呈多峰型分布,主要以小于2 nm的微孔为主,同时含有少量的中孔和大孔。活化3.5 h样品的吸氢量最大,达到3.28wt%。研究发现,吸氢量受比表面积和孔容等参数影响较大,77 K下不仅小于2 nm的微孔对活性炭吸氢行为贡献较大,中孔也有十分重要的影响。样品经硝酸氧化处理后,BET比表面积和总孔容均在一定程度上减小,而氢气吸附量也有所降低。     

电化学双电层电容器电极材料——豌豆荚基活性炭的制备与表征

以豌豆荚为碳源、ZnCl₂或KOH为活化剂制备了活性炭, 并用作双电层电容器的电极材料. 采用比表面及孔隙度分析仪表征了豌豆荚基活性炭的孔结构. 通过KOH或ZnCl₂活化后, 活性炭比表面积从1.69 m²·g^-1增大到2237或621 m²·g^-1. 采用循环伏安法和恒流充放电测试技术表征了豌豆荚基活性炭的电化学特性. 结果表明: 在6 mol·L^-1 KOH溶液中经KOH活化处理的活性炭的质量比电容高达297.5 F·g^-1, 并具有良好的充放电稳定性, 在5 A·g^-1的高电流密度下循环充放电500次后, 质量比电容仅衰减8.6%.     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·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,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

聚苯胺/活性碳复合型超电容器的电化学特性

电化学电容器作为一种新型储能器件具有广泛的应用.采用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化聚合苯胺法制备了聚苯胺电极材料，采用化学物理二次催化活化法制备了高比表面积活性碳材料.并用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等方法对上述电极材料的电化学特性进行了研究.实验结果表明,所制备的聚苯胺电极材料具有高于420 F•g^－1的法拉第赝电容和良好的电化学特性，所制备的活性碳电极材料则具有160 F•g^－1的双电层电容量.分别采用聚苯胺作为正极，活性碳作为负极，38％硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4 V, 电容器单体比电容达到57 F•g^－1，最大比能量和最大真实比功率分别达到15.5 W•h•kg^－1和2.4 W•g^－1, 峰值比功率达到20.4 W•g^－1,电容器循环工作寿命超过500次. 与活性碳双电层电容器相比，复合型电容器还具有较低的自放电率.     

介孔炭的孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂性能的影响

采用模板法合成了介孔炭(MC),研究了其孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂Ba-Ru-K/MC性能的影响,采用N₂吸附脱附、扫描电镜和透射电镜等手段对介孔炭的孔结构进行了表征.研究发现,介孔炭载体的孔结构取决于模板剂的用量,当SiO₂/C质量比为1.0时,所制介孔炭比表面积最大.介孔炭负载的Ba-Ru-K催化剂活性与其介孔比表面积相关.在425℃,10MPa和10000h^-1条件下,合成氨的反应速率为139mmol/(g_cat·h).     

系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的合成和表征

以自制不对称双子季铵盐表面活性剂为模板, 在水热合成体系中控制合成系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)和²⁷Al魔角旋转核磁共振(²⁷Al MAS-NMR)对合成的样品进行了表征. 详细研究了晶化温度、晶化时间、结构导向剂(SDA)用量、碱度等对合成的影响和纳米薄层ZSM-5分子筛的形成过程. 结果表明: 分子筛硅铝比越高, 结构导向剂用量越大, 所需的晶化时间越短; 晶化温度越高, 晶化时间越短; 且不同硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的形貌规整度、比表面积和介孔/微孔孔容比例随着硅铝比而变化.     

高吸附性能油焦活性炭的制备和性能研究

用油焦为原料，在高温下加入适量活化剂进行活化制备活性炭，通过测定其BET比表面积和亚甲基蓝脱色能力，选出最佳活化剂。研究了活化温度、活化时间以及活化剂用量对BET比表面积和亚甲基蓝脱色能力的影响，得到活化的最佳工艺过程：活化温度为800℃、活化时间为1h以及活化剂用量为1：1。用双柱定容容量法测定了本实验制备的活性炭对甲烷的吸附量，与常用活性炭比较，是其吸附量的5倍左右。     

碳气凝胶活化对于电极嵌锂性能的影响

碳气凝胶由于其对于可充电锂离子电池的高能嵌锂特性, 近年来受关注程度逐渐增加. 碳气凝胶以间苯二酚-甲醛在碳酸钠催化下, 通过溶胶-凝胶工艺、常压干燥技术、碳化、活化后制得. 经CO₂气体活化后的碳气凝胶结合了无定型和纳米多孔结构的优点, 在材料原有基础上丰富了多孔结构, 增加了嵌锂点位. 其中, 微孔提供了高比表面积和孔体积以容纳锂及其化合物; 介孔则提供了锂离子大量传输的通道, 从而使得电极具有更高的离子电导率. 这些微结构的优化使材料获得了更高的嵌锂比容量. 此外, 活化碳气凝胶显示了2032 m²·g^-1的比表面积. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的测试结果分别表明了其无定型特质以及纳米颗粒的网络状骨架. 该材料在首次和第50次恒流充放电(50 mA·g^-1)循环的嵌锂容量分别为3870和352 mAh·g^-1, 对应的可逆容量分别为658 和333 mAh·g^-1. 表明了CO₂活化对于改善碳气凝胶嵌锂性能的可行性, 且对于其它多孔电极材料的制备及特性优化提供了一种途径.     

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。     

Optimization Studies of Porous Carbon Preparation from Oil Shale Using Response Surface Methodology and Its Application for Phenol Adsorption

This paper discusses the elaboration of adsorbents from oil shale. The experimental designs a response surface methodology(RSM), which has been applied to optimize the significant preparation factors, such as temperature, time, and the activating agent percentage. The results obtained from central composite design(CCD) revealed that the interaction between the factors was significant for the maximum quantity of adsorption(response). Planned results have shown that a maximum quantity of adsorption for methylene blue is 65 mg/g, which could be achieved with a temperature of 275℃ over 2 h and a percentage of the activating agent of 45%. The predicted values agreed with the experimental finding, with a determination coefficient(R²) of 0.96. The model has been validated by experiments after conditions optimization. The new material(RHO) was characterized by cation exchange capacity, zero charge pH, surface functions, X-ray fluorescence, specific surface area, and electron microscopy analysis. Phenol adsorption was determined using Langmuir, Freundlich and Temkin, which were used to describe the adsorption isotherms. The adsorption capacity of the material was about 263 mg/g, and the kinetic studies showed rapid adsorption.     

不熔化沥青球在低速流化床中炭化和活化的初步研究

不熔化沥青球在低速流化床中炭化和活化的初步研究乔文明，王克温，凌立成，刘朗周承泽，王瑾，郑斌（中国科学院山西煤炭化学研究所，太原０３０００１）（上海太平洋化工（集团）公司焦化总厂，２００２４１）关键词低速流化床，活化，炭化，球形活性炭由于球形活性炭，...     

神府煤热解-活化耦合反应产物特性及机制研究

利用两段式固定床反应装置,研究了神府煤热解-活化耦合产物的特性,探讨了热解温度及活化剂(H_2O(g)、CO_2和H_2O(g)/CO_2)对产物性能的影响,揭示了热解-活化耦合反应机制。结果表明,热解温度对半焦的CO_2化学反应性影响较小;采用热解-活化两段耦合工艺,可使神府煤热解的焦油产率明显提高,产率最高为17.8%;不同活化剂对两段耦合过程产生的混合煤气(mixture coal gases,MCG)和焦油产率影响为H_2O(g)H_2O(g)/CO_2CO_2,其焦油组分均以饱和分和芳香分为主;采用H_2O(g)/CO_2(1∶1)活化剂,可有效提高活性炭的比表面积,其BET比表面积为845.37 m~2/g。热解-活化耦合机制主要为活化段产生的合成气(synthesis gases,SG)为热解段煤的加氢热解提供了氢源,丰富的氢自由基促进了煤的加氢热解反应,改变了耦合过程的产物分布和特性。     

直立碳纳米管超级电容器的研究

在石英玻璃基底上,以酞菁裂解法低压气相沉积制备大面积管径均匀、长度一致的直立碳纳米管.分别应用电解质溶液浸润、酸处理和循环伏安扫描等3种不同方法纯化活化该直立碳纳米管,并以活化后的碳纳米管作为原型超级电容器的电极.循环伏安扫描和交流阻抗测试表明,CV曲线呈近似矩形,交流阻抗最大相位角超过80°,该直立碳纳米管的比电容为16~32F/g,乃超级电容器理想的电极材料.     

Chemical activation of carbon mesophase pitches

This paper studies the chemical activation of mesophase pitches of different origins in order to obtain activated carbons suitable for use as electrodes in supercapacitors. The effect that the activating agent (NaOH, LiOH, and KOH), the alkaline hydroxide/pitch ratio, and the activation temperature had on the characteristics of the resultant activated carbons was studied. LiOH was found to be a noneffective activating agent, while activation with NaOH and KOH yielded activated carbons with high apparent surface areas and pore volumes. The increase of the KOH/pitch ratio caused an increase of the chemical attack on the carbon, producing higher burnoffs and development of porosity. Extremely high apparent surface areas were obtained when the petroleum pitch was activated with 5:1 KOH/carbon ratio. The increase of the activation temperature caused an increase of the burnoff, although the differences were not as significant as those derived from the use of different proportions of activating agent.     

离子液体辅助条件下由稻壳合成超级电容器用多孔炭

本文以稻壳为碳源,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF₆)为模板和辅助活化剂制备了多孔炭材料（PCs）. 多孔炭的比表面积达1438 m²·g^-1,总孔容达0.75 cm³·g^-1. 以PCs为超级电容器电极材料,6 mol·L^-1的KOH溶液为电解液组装成扣式电池,在0.05 A·g^-1的电流密度下,比电容高达256 F·g^-1;当电流密度增大至10 A·g^-1,其比电容仍保持在211 F·g^-1,展现出好的倍率性能. 所得的多孔炭电极均表现出优异的循环稳定性. 这一工作以BMIMPF₆作为模板和辅助活化剂,为合成生物质基超级电容器用多孔炭提供了一种新方法.     

负载碳酸钠煤焦催化气化反应特性研究

基于热重分析仪开展负载碳酸钠神府烟煤/遵义无烟煤煤焦气化实验,并借助扫描电子显微镜和孔结构及比表面积分析仪表征焦样孔结构及表观结构变化,考察了反应温度(650-800℃)、气化剂(水蒸气、二氧化碳)及碳酸钠负载量(钠离子负载量2.2%、4.4%、6.6%,质量分数)对神府烟煤/遵义无烟煤焦样气化反应活性的影响。结果表明,碳酸钠有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。在二氧化碳气氛下,适宜催化剂负载量使神府烟煤反应活性提高,过多负载催化剂堵塞煤焦内部孔隙结构,使得气化反应活性降低,遵义无烟煤反应活性随负载量增加而提高,两者反应活性均随温度升高而提高。在水蒸气气氛下,神府烟煤/遵义无烟煤在一定条件下反应活性随催化剂负载量增大、温度升高而提高。碳酸钠的添加能够在保证气化反应性的前提下降低气化反应温度和活化能。     

Preparation and characterization of activated carbons from Sterculia alata nutshell by chemical activation with zinc chloride to remove phenol from wastewater

Nutshells of Sterculia alata, a forest waste, were used to prepare activated carbons by zinc chloride activation under four different activation atmospheres, to develop carbons with substantial capability, and to adsorb phenol from wastewater. Experiments were carried out at different chemical ratios (activating agent/precursor). Effect of carbonization temperature and time are the important variables, which had significant effect on the pore structure of carbon. Developed activated carbon was characterized by SEM analysis. Pore volume and surface area were estimated by Hg porosimetry and BET surface area analyses. The carbons showed surface area and micropore volumes of around 712 m²/g and 0.542 cm³/g, respectively. The activated carbon developed shows substantial capability to adsorb phenol from wastewater. The kinetic data were fitted to the models of intraparticle diffusion, pseudo-second order, and Lagergren model and followed more closely the pseudo-second-order chemisorption model. The isotherm equilibrium data were well-fitted by the Langmuir and Freundlich models. The maximum uptake of phenol was found at pH 3.5.