微波法无灰煤基活性炭的制备及其性能研究

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微波加热是一种新型加热方式,具有能耗低、加热快等优势。活性炭是最常用的双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor,EDLC)电极材料,其性质对EDLC性能有着决定性影响。实验以无灰煤(HPC)为原料,采用微波加热法制备无灰煤基活性炭(HAC)。借助低温N2吸附法、SEM、FTIR、XRD等手段,对活化工艺和成孔机理进行了系统的考察。通过调整活化温度、碱炭比、活化时间等工艺参数,分析了制备条件对HAC孔结构及其电化学性能的影响。同时对CuO微波吸收剂对活化过程的优化效果进行了考察,并根据不同温度下HAC的性质提出了微波场中HAC的成孔机理。通过研究发现:在微波加热条件下,HPC迅速被活化,仅在活化温度600℃,碱炭比1.5,活化时间6 min的条件下,即可制备出比表面积达到1035 m2/g的HAC,加入CuO参与活化后,CuO进一步促进了HAC孔结构的发育,HAC比表面积提高到1257 m2/g,比电容也由277.2 F/g提高到309.5 F/g。提出了微波场中HAC的成孔机理:在低温阶段,KOH为主要活化剂,通过清除微晶间的非芳香结构和引发微晶颗粒立体化排布的方式促进微孔的生成;成孔后,微波作用促进HAC孔壁快速升温,提高了孔壁与活化剂之间的反应活性。在高温阶段,K2CO3为主要活化剂,通过催化芳香结构开环,造成孔壁的坍塌,导致中孔结构的生成。两个阶段一起构成了HAC在微波场中的主要成孔机理。图37幅;表12个;参69篇。
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