废弃硅藻土制备多孔氮掺杂碳材料及其电化学性能研究

啤酒在生产过程中产生的硅藻土废渣会占用大面积企业用地,并对环境造成严重污染。硅藻土残渣中含有燕麦残渣等多糖类化合物和丰富的孔洞结构,经热处理和去模板过程,可将硅藻土过滤的残渣转化成多孔碳材料。该文利用啤酒厂废弃物硅藻土作为模板剂和碳源,以双氰胺为氮源、升华硫为硫源,经高温煅烧、热熔融后,制备得到氮掺杂多孔碳/硫基复合材料,并将其作为锂硫电池正极材料。表征结果显示,碳材料的孔径约为10 nm,活性硫均匀地沉积在多孔碳基体上,复合材料中硫的含量为76%。组装成锂硫电池,测试其电化学性能,结果表明:复合材料在0.2 C电流密度下,首次放电比容量达到1 022.6 mAh/g,200次充放电循环后的容量保持为687 mAh/g,库伦效率维持在99%以上。     

锂离子电池正极材料的回收及再制备

通过湿化学法从废旧锂离子电池中回收得到Li+、Co2+的硝酸溶液,以此为钴源,与Ni(NO3)2.6H2O、Mn(NO3)2按化学计量比混合,用草酸盐共沉淀法制备草酸盐前驱体,然后按Li过量5%加入Li2CO3混合,在空气中于800～950°C煅烧15 h得LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2,研究了煅烧温度对材料结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明,900℃保温15 h制备的LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2正极材料,为理想的(α-NaFeO2层状结构,颗粒为大小均匀的球形,在2.5～4.3 V的电压范围内,以0.1 C的恒定电流进行充放电,其首次充放电比容量分别为194.3和150.9 mAh/g,10次循环之后的容量保持率为89.9%,放电比容量为135.0 mAh/g。     

废弃墨粉的回收及其电化学储能应用研究

随着打印机设备需求的增长,废弃硒鼓的数量也在不断增大,而废弃的硒鼓中仍存在一定的残留墨粉,不合理的丢弃严重危害了环境及人类健康。因此,需要对废弃墨粉进行资源化利用。本研究采用高温加热的方法对废弃墨粉进行处理,制得Fe3O4负极材料,并进行了表征及电化学应用测试。经过恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗等电化学性能的测试,结果表明:制得的Fe3O4负极材料在电压区间为0.02~1.5 V,电流密度为40 m A/g的条件下,首次放电比容量高达1 111.01 m Ah/g,50次循环后的比容量能够保持296 m Ah/g,表现出良好的循环稳定性。     

GO/AC/Ti复合电极的制备及其对甲基橙的吸附电解性能

吸附和电解是2种去除水中有机物的有效方法,为发挥吸附和电解对有机物的协同作用,将具有优良吸附导电性能的还原氧化石墨烯（RGO）与活性炭（AC）复合得到复合材料并将其黏附在Ti极片上,得到RGO/AC/Ti复合电极用于电解水中的甲基橙。利用SEM、FT-IR、BET、XRD、C-V、EIS等对复合材料及电极进行表征,考察了Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti对甲基橙的电化学性能。结果表明:与RGO相比,RGO/AC的比表面积由318.1 m2/g增加到405.1 m2/g。相对于RGO/Ti,RGO/AC/Ti电极比电容值略有下降,但电容保持率提升。在电解质浓度为0.15 mol/L,极距为15 mm,电流为100 mA,pH为6时,Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti电极对甲基橙的去除率分别达到48.1%、79.5%和88.8%,去除效果较好。     

石墨烯凝胶电极的制备及电吸附Pb2+的性能

电吸附去除水中重金属离子具有吸附容量高和电极可再生的优点.本文采用高温水热法还原氧化石墨烯(GO)得到石墨烯水凝胶(GS)并经压片制得GS电极.本文对GS电极的电化学性能进行了测试,考察了GS电极电吸附Pb~(2+)的动力学和热力学特性,以及电极的脱附和循环使用情况.结果表明,GS电极的电化学性能优异,其单位质量比电容高达200.4 F·g~(-1)(1 A·g~(-1));提高电压有利于GS电极电吸附Pb~(2+),电压为-1.2 V时,GS电极对Pb~(2+)的去除率达96.4%;GS电极电吸附Pb~(2+)的饱和吸附量达461.20 mg·g~(-1),是不加电时饱和吸附量的2倍;施加反向电压可以实现Pb~(2+)的脱附和电极再生,电吸附-脱附15次后,电极对Pb~(2+)的去除率保持在95%以上.     

锂电池正极材料Li2FeS2的充放电机理与热稳定性

随着移动电子设备的飞速发展,锂电池作为新型的能源载体也取得了巨大的进步。与嵌入式氧化物正极材料相比,Li2FeS2不仅具有理想的循环性能,而且其理论容量达到400mAh／g,约为嵌入式氧化物正极材料的2倍。因此,本文从晶体结构、电化学性能、充放电机制、充放电过程中的离子电导率变化以及热稳定性等方面对Li2FeS2正极材料进行了详细的阐述。     

铟掺杂PbO2电极制备及电催化降解强力霉素

采用电沉积技术制备了铟掺杂PbO₂电极 （In-PbO₂）. 利用扫描电子显微镜 （SEM）、X射线衍射 （XRD）、循环伏安 （CV）、极化曲线 （LSV）、强化寿命试验和荧光光谱分析了铟掺杂对电极物理、电化学性能的影响,并考察了铟掺杂PbO₂电极对强力霉素模拟废水的电催化降解能力.结果表明,与未掺杂PbO₂电极相比, In掺杂后PbO₂电极表面更加平整致密,裂纹数量减少,晶粒明显细化,比表面积增加,产生羟基自由基的能力增强.当掺杂量为2g/L,制备的电极电化学性能最高,析氧电位最高（1.73V）,电极强化寿命从84h提高到148h.电解150min后,强力霉素降解率、TOC去除率、矿化电流效率（MCE）分别为98.2%、30.4%和3.01%,优于未掺杂PbO₂电极（90.1%、26.4 %、2.63%）.     

负载镍锌氧体木质素基活性炭吸附磺胺噻唑

以碱木素为原料热解制备碱木素基活性炭（LAC）,在此基础上添加硝酸镍、硝酸锌等,用水热合成法成功制备出负载镍锌氧体的木质素基活性炭（NiZn-DO/LAC）.通过SEM、BET、XRD等仪器对木质素基活性炭性能结构进行表征,并研究其在水溶液中对于磺胺噻唑（ST）的吸附.结果表明,所制得的木质素基活性炭具有明显的三维多孔结构与稳定的晶体结构,其具备较大的比表面积（759.1m²/g）.在吸附ST的过程中,NiZn-DO/LAC表现出较好的吸附性能,最大吸附容量可达328.2mg/g,优于其他报道的吸附剂.在NaOH溶液中,ST易从活性炭材料中脱附,在循环利用4次后,解吸率仍可达79.43%.NiZn-DO/LAC对ST的吸附主要通过静电作用、π-π堆积作用、络合作用、氢键作用及疏水性作用的协同,从而使吸附性能得到很大提高.     

N-Co/C@CF阴极材料制备及在电芬顿脱色中的应用

文章采用混合热解法合成了金属有机骨架(MOFs)衍生的N掺杂多孔碳阴极材料N-Co/C,利用SEM、FT-IR、XPS等表征技术及电化学表征手段探究了碳材料的几何形貌、物化性质及电化学性能,构建了N-Co/C@CF为阴极的电芬顿体系,用以降解活性红195染料废水。根据实验结果,N掺杂碳材料为无定形结构,比表面积大,且材料中产生了有利于两电子氧还原反应的石墨型氮和吡啶型氮。N掺杂后,N-Co/C@CF电极材料导电性能、对氧气的吸附能力及还原能力均明显提高,以600℃下煅烧所得N-Co/C-600@CF电极材料性能最佳。采用N-Co/C-600@CF为阴极降解活性红195,在电压3 V、Fe²⁺浓度20 mg/L,pH=3及O2流量为60 mL/min下,90 min染料脱色率达到99.66%,COD去除率可达72.87%。电极循环使用6次,脱色率仍可达到93.54%,表明电极具有良好的稳定性。     

钛酸锂在混合电容器中的性能研究

以活性炭(AC)为正极,Li4Ti5O12和活性炭(AC)的混合物为负极组装成混合电容器。对比了水性粘结剂和油系粘结剂对混合电容器的放电容量、循环性能和内阻的影响。结果表明当负极中Li4Ti5O12和AC比例为1.5:1时,混合电容器的比容量最高,为79.5F/g,且2000次循环寿命衰减率仅为6.83%,有望实现实用化。     

Co(OH)_2的制备及电化学性能研究

超级电容器是目前正在大力研究发展的一种高效环保型电容器。为探索Co(OH)_2作为替代传统贵金属材料的电容器电极材料的可行性与优点,本文以氯化钴为原料,通过水浴法制备了Co(OH)_2粉末,利用SEM和XRD对Co(OH)_2粉末的形貌和结构进行了表征,用红外光谱分析了其组分,通过循环伏安、恒流充放电方法测试了Co(OH)_2电极材料的电化学性能。结果表明:实验制得的Co(OH)_2为不规则的片状结构,材料结构较为疏松,内部空隙较多,利于电化学反应的进行;测得材料单电极比电容在60 m A/cm2时高达162.5 F/g,恒流充放电比电容保持率为84.1%,其循环稳定性能好,是一种优异的超级电容器电极材料。     

改性钛基PbO2电极对有机污染物的降解性能——以甲基橙和4-硝基苯酚为例

采用溶胶-凝胶法和电化学沉积法制备了Ti/SnO₂-Sb/Ce-PbO₂电极,并对制备的电极表面形貌、晶体结构和电化学性能进行了分析,进一步探究了该电极对甲基橙和4-硝基苯酚的降解效果.结果表明,由Ce改性的Ti/SnO₂-Sb/Ce-PbO₂电极具有稳定的结构和更好的电化学活性,析氧电位可达1.56V.在电极间距为2cm,电流密度为30mA/cm²,目标污染物的浓度为100mg/L,电解质浓度为0.10mol/L时,作用120min后,Ti/SnO₂-Sb/Ce-PbO₂电极对甲基橙和4-硝基苯酚的降解率分别达到了99.59%和96.16%,180min后TOC的去除率分别达到了56.71%和54.87%,研究结果为该电极降解有机污染物提供了一定的技术支撑.     

石墨烯掺杂聚苯胺阳极提高微生物燃料电池性能

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）技术可分解代谢污染物质并同步输出电能,在环境及能源领域吸引了越来越多的关注.但是,输出功率密度较低、成本较高、底物降解率低等特点限制了其实际应用,其中阳极是主要限制因素之一.本研究选取具有优异导电性、大比表面积的石墨烯和生物相容性较好的聚苯胺（polyaniline,PANI）,并优化二者比例关系,制备得到石墨烯掺杂PANI复合材料.将复合材料涂覆在玻碳电极表面分析电化学性能,循环伏安（cyclic voltammetry,CV）和线性伏安扫描（linear sweep voltammetry,LSV）测试结果均显示石墨烯含量占比20%的复合电极（20%石墨烯）电化学性能最好.将复合材料修饰在碳布表面作为MFC阳极时以石墨烯含量占比5%的复合电极（5%石墨烯）生物电化学性能最佳,LSV得到最大输出功率密度为（831±45）mW·m^-2,分别是20%石墨烯、1%石墨烯、石墨烯、PANI、碳布阳极的1.2、1.3、1.3、1.5、1.8倍.最大输出电压、开路电压、化学需氧量去除率、库仑效率、生物量密度均以5%石墨烯电极最高.电化学阻抗分析表明5%石墨烯电极极化内阻仅为（24±2）Ω,是碳布电极的19.8%.电化学和生物电化学性能并不完全一致,说明电极材料的生物相容性是影响MFC性能的主要因素之一.5%石墨烯阳极充分发挥了石墨烯和聚苯胺的优点,提高了MFC的产电性能.     

钛负载纳米Pd粒子电极的电化学催化性能研究

采用电化学沉积法将纳米钯粒子负载在钛板上,制备钛负载纳米钯粒子的NanoPd/Ti电极.利用循环伏安法和线性扫描伏安法对比研究NanoPd/Ti电极与Ti电极的电化学性能,以及分别对氯苯和硝基苯模拟废水电化学催化性能,表明NanoPd/Ti电极循环伏安过程出现新的氧化峰和还原峰,反应电位明显正移,反应过程峰电流也明显增大.通过降解实验,NanoPd/Ti电极可以在更低电压,更短时间内达到更好CODcr去除效果.     

恒电流下电生成活性氯降解活性艳红K-2BP

以Pt片作工作电极和辅助电极,NaCl为支持电解质,研究了活性艳红K-2BP的电化学脱色降解行为。通过循环伏安法与整体电解获得其电化学反应特性,经调控溶液的性质考察了不同体系对其降解效果的影响。实验结果表明,在pH为6、NaCl浓度为0.2mol/L、电流密度为60mA/cm2和室温条件下,30mg/L的活性艳红K-2BP经电化学降解1h,脱色率可达94.4%。pH对活性艳红K-2BP的脱色率影响较大,初始pH越小,脱色率越高。     

适用于高氯氨氮废水电催化处理的Ru-Ir电极合成表征及性能评价

研究了钌铱摩尔比对钌铱电极微观结构、化学性质、电化学性能和脱氮性能的影响。采用电化学方法测试了电极的电化学性能。结果表明:Ru-Ir固溶体为金红石晶体,晶粒分布均匀,连接紧密。随着Ir摩尔比的增加,Ru-Ir电极的电化学性能先升高后降低。当n(Ru):n(Ir)为2:1时,Ru_2/3Ir_1/3O₂电极的电化学性能最佳。Ru_2/3Ir_1/3O₂电极的析氯电位、腐蚀电流密度和电导率分别是RuO₂电极的0.998,0.755,1.816倍。在处理高氯氨氮模拟废水时,利用合成电极氧化脱除氨氮的结果表明,Ru_2/3Ir_1/3O₂电极的处理效果最好,当电流为0.5 A时,50 min内氨氮脱除率可达到75.2%,证明了电催化技术能有效处理高氯氨氮废水。     

二甲基亚砜吸收解吸二氧化硫的实验研究

本文以极性非质子溶剂二甲基亚砜(DMSO)为研究对象,考察DMSO吸收解吸二氧化硫的性能。得出如下结论:DMSO浓度0.1 mol/L时首次吸收容量为1.159 g/L,解吸15 min的首次解吸效率为66.34%;DMSO吸收容量随浓度提高而增加,当浓度由0.1 mol/L提高为2 mol/L时,吸收容量由1.202 g/L增长至1.512 g/L,解吸效率与浓度成负相关;DMSO吸收容量与吸收温度成负相关;在循环吸收解吸实验中,DMSO吸收、解吸量随循环次数增加不断下降,第5次吸收量、解吸量分别为第1次的40.3%、31.5%。综上,DMSO不适宜单独作为吸收剂进行工业应用。     

吸附-放电等离子体分解去除NOx研究

采用吸附-放电等离子体分解工艺去除NO_x,考察吸附剂类型和放电方式以及循环操作对NO_x去除性能的影响.所考察的4种分子筛(ZSM-5、MOR、SAPO-34和SSZ-13)中SSZ-13具有较大的NO_x吸附容量和较低的吸附强度,有利于延长吸附时间并促进等离子体作用下NO_x的脱附和分解.程序升温脱附和红外光谱分析结果表明,NO_x主要以物理吸附或较弱化学吸附的形式吸附于SSZ-13表面,少量转化为NO₃^-和NO₂^-等强吸附物种.放电方式显著影响等离子体去除SSZ-13表面NO_x的性能,与N₂吹扫放电和封闭放电相比,采用先封闭放电后N₂吹扫放电的方式可同时获得较高的NO_x去除率和去除能效以及较低的NO_x残留率和N₂O选择性.吸附-等离子体分解循环操作时可获得稳定的NO_x去除性能,循环使用6次后SSZ-13晶相和孔结构无显著变化.     

化学还原氧化石墨烯修饰PbO2电极及催化降解酸性红G

为了提高Ti/PbO₂电极的稳定性与催化氧化能力,将化学还原氧化石墨烯（RGO）以共沉积的方法修饰于β-PbO₂层.通过扫描电镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）,循环伏安法（CV）,电化学交流阻抗（EIS）,产羟基自由基（·OH）能力,强化寿命等测试方法对电极性能进行表征,并以酸性红G（ARG）为目标降解物,评估PbO₂-RGO电极的催化效果.结果表明,电极经RGO改性后晶型仍为β-PbO₂,析氧过电位由1.60V升至1.83V,膜阻抗由144 Ω/cm²降至16.2 Ω/cm²,强化寿命提升了43.6%.通过ARG降解实验表明,改性后的PbO₂-RGO电极催化性能均有所提高,其中PbO₂-RGO（0.05）电极具有最优的催化能力,120min内对ARG的脱色率可达到98.5%,同时对COD的去除率可达76.89%.     

La/Ce掺杂钛基二氧化铅电极的制备及电催化性能研究

采用电沉积法制备了稀土La、Ce改性的钛基二氧化铅(Ti/PbO2)电极.利用SEM和XRD分析了电极的表面形貌和晶体结构,结果表明,稀土La、Ce掺杂后改变了电极表面的微观结构和晶面取向,使电极表面变得更加致密、均匀;用LS和CV测试了电极的电化学性能,分析表明,稀土La、Ce的掺杂提高了电极的析氧过电位和峰电流密度,改善了电极的催化性能.用所制备的不同掺杂量下的改性电极降解亚甲基蓝模拟染料废水(methylene blue,MB),结果表明,当La、Ce掺杂量分别为8.0g.L-1和5.0 g.L-1时,电极对MB及其COD的去除率达到最佳,分别为83.85%、79.95%和79.18%、76.21%,显示了良好的去除效果和催化性能,并在此基础上进一步分析了MB可能的降解路径和机制.