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多孔碳复合硅藻骨架储氢材料的制备与性能研究

多孔碳复合硅藻骨架储氢材料的制备与性能研究

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作者：汪十五安徽建筑大学

学位级别：硕士

硅藻土是一种天然的多孔骨架材料,是由硅藻类微生物形成的高度有序硅质骨架材料,主要成分为二氧化硅,由于其具有丰富的孔隙结构,因而在存储、催化和吸附等领域得到了广泛的研究和应用。论文设计制备了一种多孔碳复合硅藻骨架材料用于储... 详细信息

硅藻土是一种天然的多孔骨架材料,是由硅藻类微生物形成的高度有序硅质骨架材料,主要成分为二氧化硅,由于其具有丰富的孔隙结构,因而在存储、催化和吸附等领域得到了广泛的研究和应用。论文设计制备了一种多孔碳复合硅藻骨架材料用于储氢领域,主要研究了不同浓度酸处理硅藻土、硅藻土与粘土的复合比例、复合碳引入方式及碱活化处理等因素对材料结构和储氢性能的影响规律。（1）探索了酸处理硅藻土,与粘土共混复合制备硅藻土粘土复合材料。通过XRD、SEM和N2吸脱附等表征,研究了不同浓度的硫酸处理与不同比例粘土混合对复合物的结构和性能的影响。结果表明,在酸浓度从0.50M提升到4.0M时比表面积持续提升,当酸浓度到6.0M是比表面积降低,且4M酸处理的硅藻土比表面积最大,粘土比例越高复合物比表面积越低,使用硅藻土粘土比例为2:3粘土与硅藻土复合时,材料能够定型且其比表面积最大,合适的酸处理在一定程度上提升复合物的比表面积。（2）探索了聚糠醇复合硅藻骨架材料以及多孔碳复合硅藻骨架材料的制备。通过XRD、Raman、SEM、TG和N2吸脱附等表征,研究了复合碳和活化对材料的结构和性能的影响。结果表明,复合碳和活化均会使材料的比表面积有显著的提升,并且适当浓度的酸处理浓度会显著增大最终材料的比表面积和优化孔隙结构,4.0M酸处理的样品比表面积表现最优为429m2/g,并且其微孔体积可以占到总孔体积的50%以上。（3）研究了硅藻土粘土复合物和多孔碳复合硅藻骨架材料的储氢性能。结果表明,硅藻土粘土复合物,在不同温度下均显示出较低的储氢性能,经多孔碳复合改性,其相应温度下的储氢性能得到了显著提升,其中4M酸处理的最终样品储氢量最大为4.21 wt.%（77K,5MPa）,1.95 wt.%（195K,5MPa）,和1.24 wt.%（298K,5MPa）,使用Arrhenius方程计算出其储氢吸附焓为-0.85 k J/mol,并使用Materials Studio研究其储氢机理。论文工作对开展规模化制备高性能、低成本储氢材料与应用拓展了一条新路径,也将对其他气体（如甲烷和二氧化碳等）吸附材料的研究应用具有参考价值。图[23]表[9]参[199]

关键词：硅藻骨架糠醇原位聚合碳化多孔碳复合硅藻骨架多孔材料储氢材料

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