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施妙手 棉籽壳“变”新型碳材料

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2019-01-10 10:24  来源:科普时报  
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  原本用于饲料和食用菌培养基的棉籽壳,经过新疆科研人员施以妙手,变身为功能强大的氮掺杂多孔碳材料。

  1月6日来自中国科学院新疆理化技术研究所的消息称,由该所资源化学研究室张亚刚研究员带领的精细化工工程中心团队,选用棉籽壳为原料,成功制备出了氮掺杂多孔碳材料。这一研究成果近日在线发表在国际刊物《皇家化学会进展》上。这种以天然植物为原料制备而成的新型材料成本较低,电化学性能较高,而且具有一定的吸附性,在能源和环保领域有广阔的应用前景。棉籽壳是棉籽经过剥壳机分离后剩下的外壳。由于其纤维素含量较高,被广泛用于牲畜饲料加工和养殖食药用菌等。在新疆,棉籽产量达450-500万吨,棉籽壳资源来源广,资源量非常丰富。张亚刚介绍,棉籽壳可直接进行碳化,工艺过程操作简单、安全,且无需添加模板进行后处理等步骤,可以制备成为各种形态的氮掺杂多孔碳材料。相对于传统碳材料的制备方法,该方法在原料上成本低,同时,原料成分稳定均一,无需进行复杂的成分分离,原料也无需干燥。

  据实验测算,这种新型材料比表面积高,比表面积可达2500m2/g,氮含量可达7%。以这种氮掺杂多孔碳材料制备的电极材料,在超级电容器中显示出优异的性能,比电容可达320-340F/g(电流密度为0.5A/g),具有优异的电化学性性能和循环稳定性。此外,氮掺杂多孔碳材料还具有优异的染料吸附性能,可作为新型吸附和分离用功能材料。

  功能型碳材料是以碳作为基本骨架的新型材料。这类材料具有发达的孔隙、高的比表面积、优良的耐热性能,孔径大小可调等优点,使其在催化、吸附、传感、分离以及储能领域有着广泛的应用。采用各种可再生资源为原料来制备新型碳材料,成为近年来的一个研究热点。张亚刚带领的这支科研团队,在国家“千人计划”、国家自然科学基金等项目的支持下,近年来以棉花为原材料,陆续制备出多种植物基碳材料,进一步挖掘棉花的潜在价值,相关科研成果已经申请多项国家发明专利并获得授权。


(责任编辑:东北科技)
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