摘要: 本文选用木粉、纸浆箔、甲壳素等生物质作为原料，创新性地选取可溶解其成分中的纤维素、半纤维素及乙酰葡萄糖胺等的高浓度溴化锂溶液进行溶解并作为反应介质，之后进行水热碳化制备碳微球及讨论不同参数对产物的影响，以制备具有良好球形形貌的碳微... 展开 本文选用木粉、纸浆箔、甲壳素等生物质作为原料，创新性地选取可溶解其成分中的纤维素、半纤维素及乙酰葡萄糖胺等的高浓度溴化锂溶液进行溶解并作为反应介质，之后进行水热碳化制备碳微球及讨论不同参数对产物的影响，以制备具有良好球形形貌的碳微球材料，后续对其进行高温碳化及化学活化以制备可用于超级电容器的具有高比表面积的多孔碳微球材料。生物质在溴化锂溶液中溶解的机理为:Li+可与水分子中的氧原子配位，溴离子可以与纤维素、半纤维素及乙酰葡萄糖胺内羟基中的H结合，形成氢键。同时，Li+可以与羟基的O相互作用，缔合分解分子间和分子内氢键并破坏晶体基质，导致最终的溶解。 通过实验确定溴化锂溶液最佳的浓度为65wt.％，催化剂选择为5wt.％的稀盐酸，可制备出具有均匀形貌的碳微球材料。通过实验确定最佳操作条件为170℃，反应时间5h，所制备的碳微球的平均粒径为603nm，产率为22.4％。与原料相比，碳微球具有均匀的球形形貌、丰富的多功能基团和热稳定性。溴化锂溶剂在下一次循环使用前通过添加3.8g溴化锂仍可实现五次循环后18.3％的产率。此外，在有机液相反应产物中发现了乙酰丙酸(LA)和5-羟甲基糠醛(5-HMF)，表明该创新工艺具有巨大的生物质增值的潜力。 以木粉、甲壳素为原料制备的碳微球后续经化学活化制备的多孔碳微球均具有典型的多孔结构，活化后石墨化程度降低。以由木粉和甲壳素制备的多孔碳微球的最佳样品为代表，确定KOH与原料的质量比分别为3∶1和4∶1，产物比表面积分别达到2415m2/g和3428m2/g，平均孔径分别为2.46nm和2.58nm。同时由甲壳素制备的多孔碳微球具有氮掺杂效果。将两种产物进行三电极测试，溶液为6mol/L的KOH，电流密度为1A/g时可分别表现出258F/g和335F/g的高比电容;经组装成对称的双电层电容器在6mol/L的KOH水溶液中进行两电极测试，在250W/kg的功率密度下，可以分别实现13.75Wh/kg和17.08Wh/kg的高能量密度，循环5000次后可分别保持95.5％和98.9％的初始比电容。 收起