【摘 要】
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随着能源危机和温室效应的日益加剧,制备高能量密度储能器件和开发高效二氧化碳捕捉技术成为人们关注的重点。废弃中药渣排放量与日俱增,加重了生态系统负担的同时极大的浪费了生物质资源。为推进中药渣资源化利用,本文以植物药渣为碳源,探究具有可调控孔结构、高比表面积、优良导电性和化学稳定性的中药渣基多孔炭的合成及其结构与性能。本文主要研究内容和结论概括如下:（1）首先以商用超高电容活性炭材料作为标准参照,优化
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（21676107）; 广东省自然科学基金（2020A1515010477）
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随着能源危机和温室效应的日益加剧,制备高能量密度储能器件和开发高效二氧化碳捕捉技术成为人们关注的重点。废弃中药渣排放量与日俱增,加重了生态系统负担的同时极大的浪费了生物质资源。为推进中药渣资源化利用,本文以植物药渣为碳源,探究具有可调控孔结构、高比表面积、优良导电性和化学稳定性的中药渣基多孔炭的合成及其结构与性能。本文主要研究内容和结论概括如下:（1）首先以商用超高电容活性炭材料作为标准参照,优化电极制备工艺。在优选热解温度下高通量炭化20种根及根茎类、12种花叶类和6种果实种子类药渣,探究植物药渣基炭材料电化学性能与入药部位的关联性,优选出适用的前驱体。（2）以优选大宗根茎类中药材黄芪药渣为碳源,采用先预炭化后活化处理,探究活化碱炭比、活化温度、活化时长对黄芪基多孔炭孔结构、比表面积、石墨化程度和电化学性能的影响,确定黄芪基多孔炭制备的最佳活化条件（碱炭比为4,800℃活化60 min）,同时探究孔结构和电化学性能间的关联性。此外,利用最佳活化条件成功制备出八种具有超高比表面积(>3000 m~2 g-1)的根茎类药渣基多孔炭,其中粉萆薢基多孔炭电极在三电极系统测试中比电容高达291.6 F g-1(1 A g-1电流密度)。（3）以三种优选根茎类药渣基多孔炭为研究重点,深入探究表面化学性质和孔径结构的差异对电化学性能的影响,构建对称型超级电容器并探究其在碱性体系、酸性体系和中性体系中的电化学表现。在碱性体系和酸性体系中,基于药渣基多孔炭的对称型超级电容器能量密度均大于8 Wh kg-1,优于商用YP-80F对称超电。在中性体系中,当功率密度为705 W kg-1时,基于丹参基多孔炭对称超电的能量密度为13.0 Wh kg-1。即使功率密度增加到16711 W kg-1,电池仍保持10.7 Wh kg-1的能量密度,明显优于商用YP-80F对称超电的能量密度(～3.0 Wh kg-1)。（4）对三种优选根茎类药渣基多孔炭进行二氧化碳和氮气等温吸附性能研究发现,粉萆薢基多孔炭在273 K的二氧化碳吸附量为4.88 mmol g-1,具有良好的CO2/N2选择性,在298 K时的吸附量为2.52 mmol g-1,吸附量表现最优。在甲基橙吸附测试中,当粉萆薢基多孔炭使用量为0.6 g L-1时,吸附容量可达498.4 mg g-1,去除效率达99.7%。实验结果表明优选根茎类药渣基多孔炭同样具有吸附应用前景。
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