高比表面中孔活性炭的制备及应用研究

摘要

活性炭作为一种优质的吸附剂和稳定的电极材料,成为近年来环境和能源领域的研究热点。高比表面积和丰富的中孔结构是吸附性能和电化学性能的决定因素。本文以磷酸活化椰壳制备高比表面中孔活性炭(HSMAC)并应用于TNT吸附和超级电容器电极。主要研究内容如下:
　　 1.将椰壳经预处理,再采用磷酸活化法,制备高比表面中孔活性炭,研究了磷酸含量、活化条件和浸渍条件等对HSMAC孔结构性能的影响。结果得到制备HSMAC最佳工艺条件为:磷酸浓度85％,浸渍比3:1,活化温度550℃,活化时间2h,浸渍时间2d,浸渍温度55℃。得到的活性炭比表面积达2000±30m2/g,孔容为2.0±0.2cm3/g,平均孔径4.5±0.5nm。
　　 2.采用HSMAC和商业活性炭(CAC)吸附水溶液中TNT,利用紫外分光光度法研究了吸附时间、TNT的浓度、添加活性炭量对活性炭吸附TNT的影响因素。得到如下结果:将两种活性炭与TNT水溶液以2.5:1作用5小时后,去除率分别为:97.3％与87.5％,在较短时间内HSMAC比CAC去除率提高了10％左右,并达到国家排放标准。
　　 3.采用HSMAC和CAC作电极材料,以活性炭:导电炭黑:聚偏氟乙烯=8:1:1混合,制成2mm电极片。用两相同电极片组装成扣式超级电容器,测试了二种电极材料的超级电容器的循环伏安特性、充放电性能、交流阻抗作用等电化学性能。测试结果表明:HSMAC和CAC电极的电容器比电容分别为110F/g和80F/g,HSMAC具有更好的充放电性能,更优异的循环使用寿命,高的功率密度。
　　 高比表面积中孔活性炭的制备工艺简单、成本低。该材料不仅在TNT吸附方面有着良好的应用前景,而且在超级电容器电极材料上也有着潜在的电化学性能优势。