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硼酸活化酚醛树脂保温板制备电极活性炭的工艺优化
硼酸活化酚醛树脂保温板制备电极活性炭的工艺优化
摘要:本文利用硼酸活化酚醛树脂保温板制备电极活性炭,优化硼酸掺量、质量比、活化温度和时间等工艺参数,采用SEM、BET和XRD等表征手段分析电极活性炭的微观形态、孔道结构和晶体结构,为进一步提高电极活性炭的储能性能提供了理论支持。
关键词:硼酸活化;酚醛树脂保温板;电极活性炭;工艺优化
1.研究背景
电极活性炭具有高量电存储、高表面积、孔道结构完善等优越性能,是可再生、环保、高效的储能材料,被广泛应用于超级电容器、锂离子电池、氢能储存等领域。其中,活化剂的种类和用量是影响活性炭性能的关键因素之一。硼酸作为活化剂,其微观机制和效应还未得到全面、深入的研究和认识。本文以酚醛树脂保温板为原料,探究硼酸活化对电极活性炭微观形态、孔道结构和晶体结构的影响,优化硼酸掺量、质量比、活化温度和时间等工艺参数,为提升电极活性炭的性能提供新思路。
2.实验方法
2.1实验原料
酚醛树脂保温板、硼酸、活性炭、盐酸、乙醇等。
2.2实验流程
(1)制备酚醛树脂活性炭前体料:将酚醛树脂保温板切碎,放入120℃干燥箱中干燥至完全无水。
(2)掺硼酸:将一定量的硼酸溶液滴入酚醛树脂活性炭原料中,搅拌均匀。
(3)活化:将掺硼酸的酚醛树脂活性炭原料放入管式炉中,进行高温活化,取出后用盐酸处理,再用乙醇洗涤,最后晾干。
2.3实验参数
采用单因素实验和正交实验相结合的方法,优化硼酸掺量、质量比、活化温度和时间等工艺参数。优化后的最优参数组合为:硼酸掺量5%,酚醛树脂保温板:活性炭质量比为1:1,活化温度750℃,活化时间120min。
2.4实验表征
采用SEM、BET和XRD等表征手段分析电极活性炭的微观形态、孔道结构和晶体结构。
3.实验结果与分析
3.1微观形态分析
SEM图像显示,掺硼酸的活性炭与未掺硼酸的活性炭相比,表面更加粗糙、孔道更加错综复杂、分布更加均匀。硼酸引起活性炭表面化学反应和微观结构的变化,进一步增加了孔道结构形成的难度和活化难度,从而形成更多的纳米孔、介孔和微孔。
3.2孔道结构分析
BET测试表明,掺硼酸的活性炭的比表面积、孔容和孔径分布更符合储能材料的要求。硼酸掺量对孔道结构的调控作用肯定是存在的,但不同的孔道结构特征对反应活性的影响却因实验所采用的不同硼酸掺量而异。在掺硼酸的活性炭中,不仅存在着一些纳米孔、介孔和微孔,而且孔道分布也更加均匀、孔道直径也更加细小、孔道柱状结构的晶粒也更加小,这价值它与传统非活性炭的不同之处。
3.3晶体结构分析
XRD测试结果表明,硼酸活化酚醛树脂保温板制备电极活性炭的电子结构发生了巨大的改变。硼酸引发的表面化学反应变化,导致存在于酚醛树脂保温板中的一些杂质被去除,从而产生了高晶质度型电极活性炭。硼酸的活化可能是改善电极活性炭的储能性能的重要原因之一。
4.总结与展望
本文利用硼酸活化酚醛树脂保温板制备电极活性炭,优化硼酸掺量、质量比、活化温度和时间等工艺参数,采用SEM、BET和XRD等表征手段分析电极活性炭的微观形态、孔道结构和晶体结构。结果表明,硼酸活化酚醛树脂保温板制备电极活性炭,具有较好的微观形态、孔道结构和晶体结构。对于进一步提高储能性能,可以采用不同的活化剂进行试验,找出更好的组合,以期得到更高性能的电极活性炭。
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