水热碳化制备榴莲壳复合焦及其电化学性能

董向元，张恒瑞，陈 祥，李 硕，郭淑青

水热碳化制备榴莲壳复合焦及其电化学性能

董向元，张恒瑞，陈 祥，李 硕，郭淑青※

（南京工程学院能源与动力工程学院，南京 211167）

为研究水热碳化处理对榴莲壳复合改性焦性能的影响，将榴莲壳原料及250 ℃、10 h制备的水热焦分别与层状氢氧化镁铝（Mg/Al Layered Double Hydroxide，MgAl-LDH）复合，获得榴莲壳与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@DP和榴莲壳水热焦与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@HC，分析比较两种焦的特性以及电化学性能。结果表明，同MgAl-LDH@DP相比，MgAl-LDH@HC有更强的活性含氧官能团，对LDH纳米片有较好的分散性。MgAl-LDH@DP焦表面有大量针状结构，而MgAl-LDH@HC呈不规则片状结构，表面疏松多孔，BET（Brunauer-Emmett-Teller）比表面积为62.96 m2/g，平均孔径14.81 nm，BJH（Barrett-Joyner-Halenda）累积吸附孔容积为0.24 cm3/g，均高于前者，更有利于电荷储存和电子传输。在KOH溶液为电解质、复合焦为工作电极的三电极系统中，循环伏安曲线和恒电流充放电曲线分别接近矩形和三角形，同MgAl-LDH@DP相比，MgAl-LDH@HC有较好的电容特性和倍率性能，低频时交流阻抗曲线斜率更大，离子扩散阻力相对较小，有潜力作为超级电容器电极材料应用。

生物炭；水热焦；电化学性能；榴莲壳；层状双氢氧化物

0 引 言

水热碳化处理是利用水在亚临界时扩散性较强、溶解性较好的特殊性质，使生物质组分快速发生脱水、脱羧和芳构化等一系列化学反应[1-3]，形成表面富含活性氧基团、具有一定孔隙结构且含碳量较高的水热焦[4-8]。因其特殊的性质，水热焦在燃烧[9-10]、污水处理[11-12]和储能[13-14]等领域的应用引起了研究者的广泛关注。

而水热焦作为电极材料应用时[15-20]，为进一步提高其比表面积，改善其孔隙结构，从而提高其电荷存储能力，一般采取将水热焦与KOH等碱性物质混合，再经高温煅烧进行活化[19-20]，这在一定程度上增加了工艺复杂性和制备成本。……