廢棄荔枝殼資源化及超級(jí)電容器性能研究

1、    廢棄荔枝殼資源化及超級(jí)電容器性能研究    林威 彭超 李長(zhǎng)旭摘要：通過(guò)氫氧化鉀溶液水熱和活化工藝，將廢棄荔枝殼轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)分級(jí)多孔活性炭材料。當(dāng)電流密度為1 a g-1時(shí)，所制備的炭材料以氫氧化鈉和氫氧化鉀為電解液的比電容分別為376 f g-1和333 f g-1;繼而為廢棄荔枝殼提供一種資源化的可行途徑，并增加其附加值。關(guān)鍵詞：荔枝殼;資源化;水熱;活化;超級(jí)電容器abstract：the waste litchi shell is converted into biomass graded porous activated carbon

2、material through the hydrothermal of potassium hydroxide aqueous and carbonization process.when the current density is 1 a g-1， the specific capacitances of the prepared porous carbon material using sodium hydroxide aqueous and potassium hydroxide aqueous as electrolytes are 376 f g-1 and 333 f g-1，

3、respectively.in addition，it provides a feasible way of resource for waste litchi shell，and increase its added value.key words：litchi shell;resource;hydrothermal;activation;supercapacitor1 背景介紹超級(jí)電容器，一種能量密度和功率密度介于電池和物理電容器之間的能量?jī)?chǔ)存器件1。超級(jí)電容器用生物質(zhì)活性炭因低廉的成本、豐富的含氧官能團(tuán)和較高的比表面積等特性倍受研究人員青睞用于電極材料研究2。生物質(zhì)活性炭通過(guò)koh活化工

4、藝，以胖大海、柚子皮等生物質(zhì)為碳源所制備的多孔活性炭材料擁有良好的電化學(xué)電容性能3，4。近來(lái)，國(guó)家倡導(dǎo)了一些“無(wú)廢城市”的試點(diǎn)，其中一項(xiàng)主要工作就是推進(jìn)固體廢物源頭減量和資源化利用，即將可能再利用的固體廢物進(jìn)行資源化，并實(shí)現(xiàn)附加值的增值利用。本文以廢棄生物質(zhì)荔枝殼作為碳源，以氫氧化鉀溶液水熱和活化工藝制備多孔活性炭材料，通過(guò)bet測(cè)試、sem、ft-ir和電化學(xué)測(cè)試方法來(lái)表征所制備的炭材料的相關(guān)性能參數(shù)。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)材料及主要儀器材料及試劑：廢棄荔枝殼，氬氣，氫氧化鉀，泡沫鎳，聚四氟乙烯，乙炔黑和導(dǎo)電石墨;儀器：電子分析天平（tp-114），水平管式爐（gsl-1700x），bet

5、測(cè)試儀（asap-2000）和電化學(xué)工作站（chi 660d）。2.2 荔枝殼分級(jí)多孔活性炭的制備收集廢棄荔枝殼，自然風(fēng)干備用。水熱過(guò)程：將風(fēng)干荔枝殼在盛有2mol/l koh溶液的反應(yīng)釜中80恒溫12h，洗凈后得樣品lc-1;活化過(guò)程：水熱后的荔枝殼冷凍干燥后在氬氣氛圍中800 并保溫60min，洗凈后得樣品lc-2。3 結(jié)果與討論3.1 荔枝殼分級(jí)多孔活性炭的微觀結(jié)構(gòu)圖3.1a中可看出lc-2炭材料氮?dú)馕摳角€為iv型滯留環(huán)，即為中孔結(jié)構(gòu)材料;lc-1材料的吸附曲線幾乎成為一條直線。圖3.1b表明lc-2材料最大吸附量位于微孔尺寸范圍內(nèi)的1.09 nm處，同時(shí)在介孔和大孔范圍內(nèi)也存在一定

6、量的分布;而lc-1僅在介孔和大孔范圍內(nèi)有極小的孔徑分布。隨著高溫活化工藝的引入，荔枝殼在氫氧化鉀的作用下產(chǎn)生了擴(kuò)孔作用，在水熱后的產(chǎn)物表面形成了微孔、介孔和大孔的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu);這有利于電解液離子快速地在電極-電解液界面形成致密的雙電層電容。3.2 荔枝殼分級(jí)多孔活性炭的電容行為圖2中，lc-2炭材料在氫氧化鉀和氫氧化鈉電解液中均擁有較高的比電容，這得利益于lc-2材料中的微孔集中在1.09 nm附近，可在電極-電解液界面形成完整的雙電層電容。進(jìn)一步分析得到：當(dāng)電流密度為1 a g-1時(shí)，氫氧化鈉電解液的比電容376 f g-1略微高于氫氧化鉀電解液的比電容333 f g-1;這主要?dú)w結(jié)于鈉離

7、子的半徑小于鉀離子的半徑，更加充分的利用了炭材料的微孔結(jié)構(gòu)形成了雙電層電容。4 結(jié)論以廢棄荔枝殼為生物質(zhì)碳源，采用氫氧化鉀溶液水熱和活化工藝制備的活性炭材料呈分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)。所制備的多孔炭材料在氫氧化鈉和氫氧化鉀電解液中均擁有良好的比電容;這為落實(shí)廢棄荔枝殼資源化和減量化的可行途徑奠定了有力舉措。參考文獻(xiàn)1桂長(zhǎng)清.新型貯能單元超級(jí)電容器j.電池工業(yè)，2003，8（4）：163-165.2陳列春.超級(jí)電容器電極材料的制備與研究d.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.3xu zhang，chao peng，rutao wang，junwei lang.high-performance supercapacitors based on novel carbons derived from sterculia lychnophoraj.rsc adv.，2015（5）：32159-32167.4chao peng，junwei lang，shan xu，xiaolai wang.oxygen-enriched