下载文档原格式
《木质素基碳材料的微波法制备及在超级电容器中的应用》篇一摘要：本文详细探讨了木质素基碳材料的微波法制备过程，并对其在超级电容器中的应用进行了研究。
通过微波法合成木质素基碳材料，不仅简化了制备过程，而且提高了材料的电化学性能。
本文首先介绍了木质素基碳材料的背景及研究意义，随后详细描述了制备方法、材料表征及在超级电容器中的应用，最后对实验结果进行了讨论和总结。
一、引言随着人们对可再生能源和绿色化学的关注日益增加，碳材料的研究与应用逐渐成为科研领域的热点。
木质素作为一种丰富的天然高分子化合物，具有独特的结构和化学性质，是制备碳材料的重要原料。
木质素基碳材料因其高比表面积、良好的导电性和优异的电化学性能，在超级电容器领域具有广阔的应用前景。
二、木质素基碳材料的制备方法本文采用微波法合成木质素基碳材料。
该方法具有快速、高效、节能等优点，可大大简化制备过程。
具体步骤如下：1. 材料准备：选择合适的木质素原料，进行必要的预处理。
2. 混合：将木质素与适量的添加剂混合均匀，形成均匀的混合物。
3. 微波反应：将混合物置于微波反应器中，进行微波辐射处理。
在微波辐射过程中，混合物中的有机物发生热解和碳化反应，形成碳材料。
4. 冷却与分离：反应结束后，待混合物冷却至室温，进行分离和清洗，得到木质素基碳材料。
三、材料表征为了全面了解所制备的木质素基碳材料的性能，我们采用了多种表征手段，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等。
结果表明，所制备的碳材料具有较高的比表面积和良好的孔结构，有利于提高其在超级电容器中的电化学性能。
四、木质素基碳材料在超级电容器中的应用超级电容器是一种储能器件，具有高功率密度、长循环寿命等优点。
在超级电容器的制备过程中，碳材料作为电极材料具有重要的应用价值。
将所制备的木质素基碳材料应用于超级电容器的电极材料中，通过电化学测试评价其性能。
实验结果表明，该碳材料具有优异的电化学性能，包括高的比电容、良好的循环稳定性和较高的能量密度。
本技术涉及一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法，具体为：(1)将生物质纤维素和/或木质素粉末在硫酸尿素溶液中浸泡处理后干燥得到干燥产物；(2)将干燥产物在250℃下预氧化1h得到预氧化产物；(3)将预氧化产物置于管式炉后在600℃下惰性气氛中炭化2h得到炭化产物；(4)将炭化产物与氢氧化钾混合后置于管式炉后在800℃下的惰性气氛中活化1h 得到活化产物；(5)将活化产物置于盐酸溶液中搅拌24h，然后用去离子水清洗至中性后在60℃下真空干燥12h，即得到超级电容器用氮硫双掺杂活性炭。
本技术方法操作简便，氮硫元素掺杂比例易调控，制得的活性炭的得率高且其被用作电容器电极材料时的比电容高。
权利要求书1.一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法，其特征是：将生物质纤维素和/或木质素粉末浸泡硫酸-尿素溶液后进行预氧化、炭化和活化制得超级电容器用氮硫双掺杂活性炭；所述超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的得率≥31.4％；采用相同原料制备氮硫双掺杂活性炭时，氮硫双掺杂活性炭中氮元素与硫元素的摩尔比的比值随着硫酸-尿素溶液中硫酸浓度的升高而降低，氮元素与硫元素的摩尔比的比值最小为1.256；所述超级电容器用氮硫双掺杂活性炭用作超级电容器的电极材料时比电容的最大值为393F/g；具体步骤如下：(1)将生物质纤维素和/或木质素粉末在硫酸-尿素溶液中浸泡48h后取出在60℃下真空干燥12h 得到干燥产物；(2)将干燥产物在250℃下预氧化1h得到预氧化产物；(3)将预氧化产物置于管式炉中，在600℃下惰性气氛中炭化2h得到炭化产物；(4)将炭化产物与氢氧化钾混合后置于管式炉中，在800℃下的惰性气氛中活化1h得到活化产物；(5)将活化产物置于盐酸溶液中搅拌24h，然后用去离子水清洗至中性后在60℃下真空干燥12h，即得到超级电容器用氮硫双掺杂活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法，其特征在于，所述生物质纤维素和/或木质素为核桃壳、板栗壳和杏壳中的一种以上。
《木质素基碳材料的微波法制备及在超级电容器中的应用》篇一摘要：本文详细介绍了木质素基碳材料的微波法制备过程，并探讨了其在超级电容器中的应用。
通过微波法快速制备出具有高比表面积和良好孔结构的碳材料，并对其电化学性能进行了分析。
结果表明，木质素基碳材料在超级电容器中具有优异的电化学性能，为绿色、环保、可持续的能源存储提供了新的可能性。
一、引言随着科技的发展和环保意识的提高，开发绿色、环保、可持续的能源存储材料成为了研究的热点。
木质素作为自然界中丰富的可再生资源，其具有独特的化学结构和物理性质，是制备碳材料的理想原料。
本文采用微波法制备木质素基碳材料，并探讨其在超级电容器中的应用。
二、木质素基碳材料的微波法制备1. 材料与试剂实验所需材料主要包括木质素、碳酸钠、硫酸等。
所有试剂均为分析纯，使用前未进行进一步处理。
2. 制备方法采用微波法快速制备木质素基碳材料。
首先，将木质素与碳酸钠混合，经过硫酸催化处理后，置于微波炉中进行微波辐射处理。
在微波辐射过程中，通过控制反应时间、温度和功率等参数，实现碳材料的快速合成。
3. 结构与性能表征通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对制备的碳材料进行形貌观察，利用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱对碳材料的晶体结构和无序度进行分析。
同时，通过比表面积及孔径分析仪测定碳材料的比表面积和孔径分布。
三、木质素基碳材料在超级电容器中的应用1. 超级电容器的原理与特点超级电容器是一种新型的储能器件，具有充电速度快、循环寿命长、温度特性好等优点。
其核心部分是电极材料，电极材料的好坏直接决定了超级电容器的性能。
2. 木质素基碳材料在超级电容器中的应用将制备的木质素基碳材料作为电极材料应用于超级电容器中，通过循环伏安法（CV）、恒流充放电测试和交流阻抗测试等方法，对其电化学性能进行分析。
结果表明，木质素基碳材料具有较高的比电容、优异的循环稳定性和良好的倍率性能，是一种理想的超级电容器电极材料。
木质素硬碳负极材料木质素硬碳是一种新型的负极材料，具有广泛的应用前景。
本文将从木质素硬碳的制备方法、特性及其在电化学储能领域的应用等方面进行阐述。
一、制备方法木质素硬碳的制备方法主要有炭化法和活化法两种。
炭化法是将木质素样品在高温下进行热解，使木质素分解形成纳米级碳材料。
这种方法简单易行，但所得产物质量不稳定。
活化法是在炭化的基础上，通过化学或物理方法进行活化处理，提高材料的比表面积和孔隙度。
这种方法制备的木质素硬碳具有更好的性能。
二、特性1. 高比表面积：木质素硬碳具有极高的比表面积，可以达到几百到几千平方米/克。
这种高比表面积有助于增加电极与电解质的接触面积，提高电极反应速率。
2. 丰富的孔隙结构：木质素硬碳具有丰富的孔隙结构，包括微孔、介孔和大孔。
这些孔隙可以提供更多的活性位点，增加离子和电子的传输路径，提高电化学储能性能。
3. 良好的导电性：木质素硬碳具有较高的导电性，可以有效地提供电子传导通道，降低电阻损耗，提高储能器件的能量密度和功率密度。
4. 良好的循环稳定性：木质素硬碳具有良好的循环稳定性和长寿命特性，可以循环充放电数千次而不损失性能。
三、应用领域1. 锂离子电池：木质素硬碳可以作为锂离子电池的负极材料，具有高比容量、优异的循环稳定性和长寿命特性。
它可以显著提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
2. 超级电容器：木质素硬碳具有高比表面积和良好的导电性，可以作为超级电容器的负极材料。
与传统的活性炭相比，木质素硬碳具有更高的比容量和更好的循环性能。
3. 电化学储能：木质素硬碳还可以应用于其他电化学储能器件，如钠离子电池、锌离子电池等。
它们在能量密度、循环寿命和安全性等方面都表现出良好的性能。
总结：木质素硬碳作为一种新型的负极材料，具有高比表面积、丰富的孔隙结构、良好的导电性和循环稳定性等特点。
它在锂离子电池、超级电容器和其他电化学储能器件中具有广泛的应用前景。
随着制备方法的不断优化和性能的进一步提升，木质素硬碳将在电化学储能领域发挥更重要的作用。
收稿日期：2021-03-12基金项目：国家自然科学基金项目（U1632151）作者简介：张定邦（1994-），男，硕士，研究方向：木质素基活性炭的制备与应用研究，1457150189@ ；通讯联系人：王莉（1964-），博士，副教授，研究方向：功能性材料的制备与应用研究，wlgmri@ 。
木质素基活性炭的制备及活化机理研究张定邦，马唯一，王宇航，张博宇，周诗阳，崔智健，张柴帅，王莉（合肥工业大学化学与化工学院，安徽合肥230009）摘要：采用磷酸活化木质素磺酸钠（Na-Ls ）制备活性炭，考查磷酸浓度和活化温度对活性炭碘吸附值及得率的影响，优化制备条件。
利用扫描电镜对活性炭进行了形貌表征。
结果表明，活性炭制备的最佳条件为:磷酸浓度为34wt%，活化温度800℃。
所得活性炭的孔结构呈裂隙状，碘吸附值为1259.3mg/g 。
利用热失重和傅里叶变换红外光谱等方法，研究了磷酸活化木质素的热分解过程和发生的物质变化。
结果表明，磷酸在Na-Ls 的热分解中涉及交联、催化、氧化反应；磷酸的加入改变Na-Ls 热解途径的同时提高了其高温热稳定性；磷酸浓度和活化温度是影响活性炭成孔及吸附性能的重要因素。
关键词：木质素磺酸钠；磷酸；活性炭；碘吸附值；热分解doi ：10.3969/j.issn.1008-553X.2021.04.009中图分类号：O613.71文献标识码：A文章编号：1008-553X （2021）04-0028-05安徽化工ANHUI CHEMICAL INDUSTRYVol.47，No.4Aug.2021第47卷，第4期2021年8月活性炭是一种微孔结构发达和具有高比表面积的多孔性碳材料，可用于高效吸附及制备高比电容、高功率密度、循环稳定性好的超级电容器等[1-4]。
当前，主要利用煤、沥青、石油焦、果壳类、木质素等为碳源制备活性炭。
木质素磺酸盐来源于亚硫酸盐制浆造纸过程的副产物，是由苯丙烷型单元结构形成具有三维空间结构的网状高分子化合物[5]，富含碳元素且成本低，是制备高比表面积活性炭的理想前驱体[6]。
Z S T UZhejiang Sci-Tech University硕士专业学位论文Professional Master’s Thesis中文论文题目：木质素热裂解制备多孔碳材料及在超级电容器中的应用英文论文题目：Preparation of Porous Carbon Materials by ThermalPyrolysis of Lignin and Its Application inSupercapacitors专业学位类别：工程硕士专业学位领域：轻工技术与工程作者姓名：张子明指导教师：薛国新教授/郭大亮讲师递交日期：2017年12月19日木质素热裂解制备多孔碳材料及在超级电容器中的应用摘要木质素作为自然界中具有芳香性的高分子聚合物受到广泛关注。
本文以木质素为原料，通过直接热裂解和催化热裂解两种方法制备多孔碳材料，并对其热解特性用SEM，粒径，有机元素，热重，傅里叶红外五种方法进行分析。
其中，直接热裂解讨论了不同温度对热解特性的影响，催化热裂解讨论了不同碳碱比对热解特性的影响。
然后对不同热裂解方法得到的碳孔材料用于超级电容器电极材料，讨论其电化学性能。
结果表明，木质素热裂解过程都分为三个阶段：自由水脱除、挥发分析出和深度热裂解。
木质素的热裂解过程相对复杂，可以看作是化学键的不断的断裂和重组的过程，在较低的温度下木质素芳环上支链的官能团断裂，生成脂肪族物质，随着温度的升高，苯环也开始断裂，大分子的结构热裂解为小分子，在高温下自由基进一步重组。
木质素直接热解所得碳孔材料形貌成球状或半球状，表面存在大量孔隙，且表面粗糙，有起伏结构。
粒径分布均匀，且随温度的升高粒径变小。
催化热裂解所得碳孔材料形貌成球状或半球状，其形貌大部分都为半球状，且表面粗糙有起伏结构，表面存在大量孔结构。
但随着碳碱比的提高，起伏结构变得越来越不明显。
分布规律基本一致，平均粒径在66微米左右。
相比于直接热裂解氢氧化钠催化裂解有利于碳孔材料粒径变小，且粒径大小与氢氧化钠的添加量无关。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第7期木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料的制备及其电化学性能张伟1，安兴业1，刘利琴1，龙垠荧1，张昊1，程正柏2，曹海兵2，刘洪斌1（1天津科技大学轻工科学与工程学院，天津市制浆造纸重点实验室，天津300457；2浙江景兴纸业股份有限公司，浙江平湖314214）摘要：以木质素纳米颗粒（LNPs ）负载的天然纤维复合材料为研究对象，利用KOH 活化的方法对其进行处理制备生物质基复合多孔活性碳纤维电极材料。
随后在三电极体系中对合成的复合多孔活性碳纤维电极材料进行了电化学性能测试。
研究表明，在0.5A/g 的电流密度下，KOH 活化的复合碳纤维电极材料的比电容为351.13F/g ，远高于相同条件下未活化的复合碳纤维电极材料的比电容（7.88F/g ）和未负载LNPs 的天然纤维基活性碳纤维材料（306.50F/g ）。
而且在活化过程中，负载在纤维表面的LNPs 会形成多孔的活性碳层结构，这会进一步提高复合活性碳纤维材料的循环稳定性，同时LNPs 中丰富的羟基赋予复合材料额外的赝电容。
在10A/g 的电流密度下经过10000次循环后，复合活性碳纤维电极材料的电容保持率仍然为95%，高于未负载LNPs 的活性碳纤维电极材料的电容保持率87%。
结果表明，木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料是一种理想的电极材料，本研究也为LNPs 在生物质碳纤维作为储能电极材料的高值化应用提供了一条新途径。
关键词：活化；氢氧化钾；木质素纳米颗粒；生物质；超级电容器；电化学中图分类号：TM53文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）07-3770-14Preparation and electrochemical performance of lignin nanoparticles/natural fiber based activated carbon fiber materialsZHANG Wei 1，AN Xingye 1，LIU Liqin 1，LONG Yinying 1，ZHANG Hao 1，CHENG Zhengbai 2，CAO Haibing 2，LIU Hongbin 1(1Tianjin Key Laboratory of Pulp and Paper,College of Light Industry Science and Engineering,Tianjin University ofScience and Technology,Tianjin 300457,China;2Zhejiang Jingxing Paper Joint Stock Company Limited,Pinghu 314214,Zhejiang,China)Abstract:This study was focused on the composite lignin nanoparticles (LNPs)loaded natural fibers,which was by KOH activation to prepare composite porous activated carbon fiber electrode materials.Then the as-prepared activated carbon fiber electrode was tested to evaluate the electrochemical performance in a three-electrode system.The results showed that the specific capacitance of KOH activated carbon fiber electrode material was 351.13F/g at the current density of 0.5A/g,which was研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1797收稿日期：2021-08-22；修改稿日期：2021-11-22。
