熔盐热解生物质生成二维形貌多孔炭的机理研究
批准号:
52106229
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
薛北辰
依托单位:
学科分类:
可再生能源与新能源转化利用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
薛北辰
中文摘要
生物炭因其优异的理化特性和环境友好的优点在环境、催化、储能等领域得到了广泛的应用。二维形貌耦合多孔结构有利于扩大生物炭的可及比表面积,促进物质在孔道内的高效存储和快速运输,从而提升材料的应用性能。本课题以生物质为碳源,采用熔盐热解的方法生成具有二维形貌的多孔炭。通过考察生物质在熔盐离子环境中热解炭化的结构变化规律,掌握熔盐离子类型与生物炭微观形貌的关联机制。通过观测热解过程中熔盐和生物炭的动态分布状态,阐明熔盐进入生物炭内部的流动路线,揭示熔盐与生物炭的异相融合机制。在此基础上,通过分子模拟和产物性质的测定,研究熔盐刻蚀炭骨架的反应途径,阐明炭层间化学键的断键方式,揭示二维炭层结构和孔道结构的形成机制。该研究结果将为生物炭的结构优化设计和定向构筑提供理论基础。
英文摘要
Biochar has been widely applied in environment, catalysis and energy storage fields owing to its excellent physical/chemical properties and environmental friendly nature. Two-dimensional (2D) morphology and porous structure of biochar could increase the accessible surface area and facilitate the mass storage and transportation, which was beneficial to the application performance. This study will use biomass as carbon resource and adopt a molten salt pyrolysis method to produce 2D porous biochar. The morphology evolution of biomass by molten salt pyrolysis will be investigated, to know the correlation between salt type and biochar microstructure. During biomass pyrolysis, the molten salt/biochar distribution will be studied to reveal the diffusing route of molten salt into biochar and the salt/biochar mixing mechanism. Afterwards, the method of salt etching biochar will be studied via molecular simulation and product characterization, to reveal the formation mechanism of 2D carbon sheet and porous structure. The research result is expected to support the structural optimization design and directional construction of biochar.
生物质基多孔碳因其发达的孔结构和高比表面积被认为是理想的电容碳材料,但生物质热解过程中碳骨架发生堆叠而产生三维颗粒状的封闭形貌,容易因碳颗粒内部的孔隙或活性官能团无法被充分利用造成电容性能不佳。如何抑制这样的碳骨架堆叠现象,定向制备开放二维形貌的多孔碳材料从而提升材料的电容性能,是高性能生物质基电容碳制备需解决的技术难点。本项目系统地研究了不同类型熔盐在不同热解条件下对生物质碳的结构影响规律,通过分析热解中间产物揭示了生物质碳的形貌演变机制和孔道形成机制,掌握了分别通过冰模板辅助活化作用、熔融氯盐形貌导向作用和草酸盐分解气体的剥离活化作用定向制备二维形貌多孔碳的制备方法。电化学分析测试结果表明二维形貌多孔碳具有优于三维形貌多孔碳的电容性能,理论模拟计算结果进一步验证了二维形貌缩短了离子扩散路径,提升了孔道和表面活性官能团的利用效率,从而强化了电荷存储能力。基于本项目的研究成果,在国际学术期刊发表SCI论文6篇,申请国家发明专利2项(其中已授权1项),培养博/硕士研究生6人。研究结果为生物质基多孔碳的结构调控及电容性能强化提供了理论基础,对于生物质高值化转化利用具有良好的促进作用。
壳聚糖衍生电极材料关键制备技术及海水提铀性能研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:薛北辰
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依托单位:
国内基金
海外基金