淀粉基炭微球的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、具有新穎獨特球形形貌的球形炭材料，作為一種新型的炭材料被賦予了更多性能特性。其不僅擁有發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度高，廣泛應(yīng)用于環(huán)境治理、電化學(xué)電極材料和催化等領(lǐng)域。當(dāng)下傳統(tǒng)的炭微球的合成能耗高、產(chǎn)量低，對環(huán)境污染少開發(fā)利用資源豐富、價格低廉、來源廣泛、再生周期短的生物質(zhì)為原料制備新型炭材料成為一個重要的發(fā)展趨勢。應(yīng)用適當(dāng)制備工藝保留淀粉顆粒形貌以實現(xiàn)炭微球的制備，并將其進行吸附和電極原料，具有一定的實際應(yīng)用價值

2、。
　　本論文首先采用預(yù)氧化法制備淀粉基炭微球，通過對工藝參數(shù)的調(diào)控成功制備了炭微球，對中間過程產(chǎn)物進行系統(tǒng)的分析表征，研究制備過程中的穩(wěn)定化機理。預(yù)氧化法制備過程包括：①低溫保溫預(yù)氧化處理；②炭化處理，其中預(yù)氧化處理的溫度和保溫時間是制備的關(guān)鍵。在預(yù)氧化過程中，淀粉顆粒會經(jīng)歷水分蒸發(fā)、分解、重排和縮聚等過程，使其內(nèi)部的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，從而有利于淀粉球形形貌的保持。
　　預(yù)氧化法制備的淀粉基炭微球基本上沒有孔結(jié)構(gòu)，比表面積較

3、小。為進一步改善淀粉基炭微球的吸附性能和電化學(xué)性能，選用KOH為活化劑對其活化造孔制備出具有高比表面積、優(yōu)良的吸附性能和極好的化學(xué)穩(wěn)定性的淀粉基活性炭微球，并討論活化參數(shù)對其成孔情況的影響。以淀粉基活性炭微球為吸附劑，考察了其對苯酚的吸附特性，結(jié)果表明該炭微球材料對苯酚吸附特性符合Langmuir模型，飽和吸附量為350.4mg·g-1，占其自身質(zhì)量的35％。此外，淀粉基活性炭微球為原料，采用水熱法制備了CoFe2O4/ACs磁碳復(fù)合物

4、，并以其作為吸附劑研究對亞甲基藍（MB）的吸附特性。該吸附過程中，吸附劑對MB吸附速度快、吸附量高，此外吸附完成后可通過外磁場將吸附劑從溶液體系中移除，解決了吸附劑在體系中難分離的問題。
　　調(diào)控活化參數(shù)獲得具有不同孔道結(jié)構(gòu)特性的淀粉基活性炭微球，將其為電極材料制備具有雙電層電容特性的電化學(xué)超級電容器，考察了不同孔道結(jié)構(gòu)對其電容特性的影響。電化學(xué)測試表明：經(jīng)KO H活化法制備得到炭微球粒徑范圍5-20μm，比表面積為2818.99

5、m2·g-1；在30wt.%KOH水溶液中具有300.8F/g的比電容和良好的循環(huán)特性。
　　最后，為了進一步改善淀粉基炭材料的性能，設(shè)計了利用酶解造孔和形貌遺傳機理合成了具有分級孔結(jié)構(gòu)的淀粉基活性炭微球。首先，采用酶解法在淀粉表面刻蝕出分布均勻、孔徑均一的大孔；然后，通過預(yù)氧化法將其形貌保持制得具有大孔結(jié)構(gòu)的淀粉基炭微球；最后通過KOH活化法在其表面引入微孔結(jié)構(gòu)得到具有分級孔結(jié)構(gòu)的淀粉基活性炭微球。較之單一孔道結(jié)構(gòu)的活性炭微球，