【摘 要】
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污泥产量大幅增加,填埋、焚烧、堆肥等低效的处置方式以及该方式带来的二次污染使之成为急需解决的环境问题之一;同时,污泥有机质中富含的腐殖酸为其资源化利用提供了基础。基于此,本研究以污泥有机质中的腐殖酸作为对象,从污泥中提取腐殖酸并进行结构分析,同时对腐殖酸基储能材料进行电化学性能表征,分析污泥腐殖酸作为炭质前驱体制备多孔材料应用于储能领域的可行性。以腐殖酸为基础,探讨加入KOH活化剂以及改变温度对材
【基金项目】
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山西省自然科学基金面上项目（污泥源腐殖酸基储能材料制备及其电化学性能研究，20210302123071）；
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污泥产量大幅增加,填埋、焚烧、堆肥等低效的处置方式以及该方式带来的二次污染使之成为急需解决的环境问题之一;同时,污泥有机质中富含的腐殖酸为其资源化利用提供了基础。基于此,本研究以污泥有机质中的腐殖酸作为对象,从污泥中提取腐殖酸并进行结构分析,同时对腐殖酸基储能材料进行电化学性能表征,分析污泥腐殖酸作为炭质前驱体制备多孔材料应用于储能领域的可行性。以腐殖酸为基础,探讨加入KOH活化剂以及改变温度对材料结构和性能的影响。本研究采用碱溶酸析法从污泥中提取腐殖酸,并对腐殖酸进行超滤提纯,通过对腐殖酸HA1及腐殖酸HA2进行结构分析,表明腐殖酸是多孔材料并且具有丰富的官能团,为腐殖酸有望制成储能材料提供了内在条件;对腐殖酸进行初步碳化处理以及电化学性能测试,HA1和HA2在800℃下碳化得到的碳材料,三种材料在50m A/g电流密度下的比电容分别为80.71F/g、77.54F/g和47.31F/g,其电化学性能远高于污泥直接利用,说明从污泥中提出腐殖酸加以利用比直接利用污泥有更大的发展前景,同时也说明腐殖酸具有较大的制备储能材料的潜力。以腐殖酸HA1和腐殖酸HA2为前驱体,系统性地研究材料的形貌结构与粒径分布对电化学性能的影响,探讨以KOH作为活化剂的最佳活化比例以及最佳热还原温度。腐殖酸HA1和腐殖酸HA2在800℃的温度下与KOH活化制备碳材料时,其比例为1:1条件下材料所表现出来的电化学性能更出色,存在较高的比电容（0.05A/g,157.5F/g和186.7F/g）;腐殖酸HA1和腐殖酸HA2在活化比例为1:1的条件下,温度为700℃表现出更加优异的比电容特性（0.05A/g,178.57F/g和275.3F/g）,上述材料的循环性能和倍率性能均比较出色。同时,超滤提纯在材料的比电容提升方面起到了积极作用。对污泥腐殖酸进行深入研究,证明了其可以作为新型储能材料,一方面为污泥处置提供了一种绿色、可持续、高附加值的技术途径,另一方面为储能材料提供了廉价的原料来源。
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