【摘 要】
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由于生物质具有资源丰富性、广泛分布性、可再生性和低污染性的特点,因此,对生物质的资源化利用一直是人们最关注的问题之一。目前,围绕生物质的资源化利用主要包括:土壤肥料改良、动物饲料加工和生物质燃气、燃油生产。然而,现有的资源化途径中面临着二次污染、能量利用率低和产品附加值低等问题。为了进一步探索生物质的高效综合利用,本论文以酒糟生物质为原料,旨在通过简单的物理和化学处理过程制备具有优异电化学性能的活
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由于生物质具有资源丰富性、广泛分布性、可再生性和低污染性的特点,因此,对生物质的资源化利用一直是人们最关注的问题之一。目前,围绕生物质的资源化利用主要包括:土壤肥料改良、动物饲料加工和生物质燃气、燃油生产。然而,现有的资源化途径中面临着二次污染、能量利用率低和产品附加值低等问题。为了进一步探索生物质的高效综合利用,本论文以酒糟生物质为原料,旨在通过简单的物理和化学处理过程制备具有优异电化学性能的活性电极储能碳材料。主要研究内容具体如下:（1）酒糟生物质碳的制备及其作为钾离子负极材料的应用。以酒糟生物质炭为原料,通过水热氮掺杂、预碳化、Fe Cl3/Zn Cl2化学活化和高温碳化制备出具有Fe3C嵌入氮掺杂碳纳米管包覆多孔碳纳米功能材料。探究了氮掺杂剂种类、化学活化剂种类和碳化温度对酒糟生物质碳形貌和组成的影响。结果表明:通过三聚氰胺水热氮掺杂和Fe Cl3/Zn Cl2活化处理后,在900℃碳化条件下,Fe3C嵌入氮掺杂碳纳米管包覆多孔碳纳米材料表面包覆的碳纳米管,有效的增加了孔隙结构和比表面积;三聚氰胺氮掺杂丰富了材料表面的氮、氧官能团;将其作为钾离子电池负极材料表现出优异的储钾容量(294.8m Ah g-1在50 m A g-1的电流密度下)、循环稳定性（每圈0.016%的容量损耗）和倍率性能。通过对酒糟生物质碳的结构和组成改性实现了酒糟生物质废弃物向高性能钾离子负极材料的转变。（2）酒糟纤维素碳气凝胶的制备及在超级电容器中的应用。以酒糟为原料利用硝酸/乙醇混合液提取植物纤维素,通过Na OH低温溶胶-凝胶过程、冷冻干燥和高温碳化制备出超高比表面积和孔隙结构的酒糟纤维素碳气凝胶。研究了碳化温度和再生过程中纤维素浓度对酒糟纤维素碳气凝胶材料的形貌和孔结构的影响。结果表明:在700℃碳化温度下的材料在保留一定的纤维结构的同时具备一定的伪石墨域结构,在1、2、5、10和20 A g-1的电流密度下,比电容分别为184、160、133、112和90 F g-1;溶胶-凝胶过程中质量分数6%的纤维素混合液经过老化、冷冻干燥和高温碳化具有超高的比表面积(999.8 m~2g-1)和多孔结构;将其作为超级电容器储能电极表现出良好的双电层储能特性,在1、2、5、10和20 A g-1的电流密度下,比电容分别为277.2、217.5、190.5、177.0和165.4 F g-1。
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