木质素基活性炭-MnO2复合材料制备及电化学性能研究
文献综述
生物质由于来源广泛、可持续、可循环利用的优势，被大量用于合成生物质多孔活性炭材料，具有发达的孔道结构，对超级电容器储能有极大优势。木质纤维素类生物质以其分布广泛、可再生、资源丰富等优点，以其为原料制备燃料和高值化产品引起了广泛关注。活性炭作为一种具有大比表面积、发达空隙结构的高效吸附材料，广泛应用于环境、化工、医药、催化等领域。木质素在高温（400-600℃）以及惰性气体的保护下，分解成气体，液体以及焦炭。其中的木质素基焦炭能够通过物理或化学活化法制备出孔隙结构发达，并且具有高比表面积的木质素基多孔炭。
生物质多孔炭材料由于具有较大比表面积、丰富的孔性结构和良好的稳定性，良好化学活性和优异导电性能等优势，通常可作为超级电容器电极材料。为了开发具有高性能、低成本的碳基电极材料，用可再生、价格低廉的生物质作为碳前驱体，利用其天然的孔道结构并结合活化-石墨化催化剂的作用，通过直接碳化，对其结构和性能进行了有效调控，制备了一系列不同形貌的多孔石墨化碳材料。将炭材料的生产和生物质废物的处理有机结合在一起，形成一个完整的生物质再利用体系,将大大降低炭材料的价格。
生物质多孔炭由于比表面积大、孔径丰富被广泛用于超级电容器研究，为了获得高比表面积和孔径结构丰富的生物质多孔炭材料，需要对样品进行活化。化学活化法是利用活化试剂与生物质碳源混合进行热分解，最后得到孔隙结构丰富的多孔炭材料。
生物炭在高温条件下通过活化剂可改善生物炭性能，达到生物炭活化的目的。化学活化法具有活化温度 较低、活化时间较短、产物比表面积大和活性炭的 孔结构调控较易等优点，目前是高性能活性炭的主要生产方法，现在较成熟被广泛应用的化学活化剂有 KOH、 ZnCl2 、H3PO4 、NaOH等但石墨化程度低，导电性不高。用强氧化剂高锰酸钾对秸秆处理后，生物炭的产率、灰分含量、pH 及比表面积均随着高锰酸钾浓度的升高而增加，主要原因为在生物质裂解过程中，KMnO4受热分解形成KxMnOy 和O2，随着裂解温度的升高，KxMnO4 (x=1～2) 逐步分解生成 K2O、MnO2 和 O2，该部分化学物质均可与碳骨架发生氧化还原反应，形成发达的孔隙结构，导致生物炭比表面积增加。
强氧化剂氧化性很强、活化时间较短、活化温度较低、作为造孔剂和催化剂可以同时完成石墨化和多孔化处理，从而实现生物质石墨化多孔炭材料的简单快速、绿色高效制备，强氧化剂活化法耗时很短、过程简单、绿色环保，是优异的活化方法。强氧化剂活化得到炭材料的微孔、介孔可以引入到各种结构碳的骨架中，较大的比表面积和孔结构发达使得制备的生物质活性炭有优异的性能。并且目前利用强氧化剂一步活化法的研究报道甚少，因此采取强氧化剂KMnO4、KC1O4、K2CnO7和一步碳化活化法工艺流程是本课题研究的创新点与重难点。
本文也将探讨和研究高锰酸钾的不同用量，不同活化温度和不同活化时间对木质素制备活性炭的影响。
超级电容器又称为电化学电容器，由于具有功率密度高，充放电速度快，循环使用寿命长等优点，在学术界和工业界引起人们的极大关注。超级电容器主要分双层电容器和赝电容电容器。电极材料是超级电容器的核心，生物质碳材料由于含量丰富，可再生，成本低等优点将其应用在超级电容器中，其中活性炭具有高的比表面积，较好的导电性并且价格低廉，成为目前应用最广泛的电极材料之一。
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