鋸屑天然模板合成mno2納米棒及其電化_學電容性能研究_畢業論文-資料下載頁

【導讀】料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已。本人授權青島農業大學可以將本畢業論文（設計）全部或部分內。保存和匯編本畢業論文（設計）。名為青島農業大學。

　　

【正文】 差，本文做了三組平行試驗，每組實驗取十個不同的時間區間，然后處理實驗進行測試吸附量。稱量 mol（約為 g） MnSO4 作為錳源，將 MnSO4 加入 50 ml 的蒸餾水中，磁力攪拌直到全部溶解為止， 加入 2 mol 的H2SO4 活化的鋸屑，探討時間的影響，時間設定 2h， 4h， 6h， 8h， 10h， 12h， 16h，20h， 24h， 36h。到達停止試驗的時間，立刻停止攪拌吸附，然后離心，將上清液留下，作為待測樣品。在探討活化時 H2SO4 的濃度的影響時，配制不同濃度的H2SO4（ ， 1mol/L， 2mol/L， 4mol/L， 6mol/L），活化 鋸屑 ，活化條件同上述活化條件的確定一樣，同時實驗過程也和上述一樣，稱量 mol（約為 g） MnSO4 作為錳源，將 MnSO4 加入 50 ml 的 蒸餾水中，磁力攪拌直到全部溶解為止，加入不同濃度的 H2SO4 活化的鋸屑充分吸附 24h，然后離心，留取上清液作為待測樣品。 測量吸附量之前，先配置一系列標準濃度的 MnSO4（ ， 青島農 業大學畢業論文 15 mol/L， mol/L， mol/L， mol/L， mol/L， mol/L， mol/L）溶液，因為本實驗主要采用標準曲線法來測量吸附量。然后將上述離心的上清液進行稀釋，同時稀釋 1000 倍，因為原子吸收分光光度計的靈敏度很高，主要是是離子的微量組分，或痕量組分等情況，由于本實驗的溶液濃度過大 ,大大超出了儀器的檢出限，所以要對上清液進行稀釋。 實驗結果與討論 傅里葉變換紅外光譜 (FTIR)測試結果討論與分析 通過上述不同的方法來活化鋸屑，將處理后的鋸屑作為模板來進行實驗，將所得的試驗樣品進行測試，主要是通過紅外測試，原子吸收分光光度計，熱重分析儀等儀器的測試，得出用硫酸活化的 鋸屑 ，實驗的效果最佳。我們對 活化前后的鋸屑 進行 FTIR 測試分析， FTIR 結果如下圖 21 紅所示。 4000 3000 20xx 1000 0020406080100Transmittance / %Wave nu m ber / cm1 dcba 圖 21 不同的方法活化鋸屑的紅外測試結果 （ a活化前鋸屑 ； b甲醛活化后的鋸屑 ； c2mol/L的硫酸活化的鋸屑 ； d2mol/L 的硝酸活化的鋸屑） Fig. 21 IR test results of the activated sawdust in different methods 由上圖我們可以很清楚的看出：活化前后鋸屑的紅外譜圖基本沒有什么巨大的變化，基本上在以下幾個波數地方出峰： 3340cm1， 2940 cm1， 1740 cm1， 1597 cm1， 1420 cm1 等等波數，在高頻段低波數處空白 鋸屑 幾乎沒有紅外峰出現，但是在不同條件下活化的鋸屑，或多或少的出現了峰位，其中硫酸活化的 鋸屑 在1740 cm1 和 1597 cm1 地 方的波數發生了部分藍移，均向低波數的方向偏移。還有個別地方出線了微小的變化，主要表現在部分峰的強度發生了變化。此外活化青島農 業大學畢業論文 16 后的鋸屑出現了幾個小峰如下所示： 1109cm1，此基團主要是 SO42基團，對吸附鋸屑有作用，在指紋區還出現了 cm1， cm1，這兩個基團在紅外譜圖中強度比較大， 在 3400cm1 出的吸 收峰變強，這些都證明了 OH 的存在，對鋸屑吸附起到一定作用。由以上數據分析顯示，不 同方法活化的 鋸屑 ，使得 鋸屑 的輸送氧分的管路出現了不同程度的擴大，從而進行吸附錳源， 從吸附的試驗可以看出硫酸活化的鋸屑，吸附效果最佳。 活化鋸屑的熱重 差熱分析 本實驗是在北京恒久科技儀器廠生產的 HCT1 型號熱重分析儀上進行的熱重分析實驗。由圖 22 我們可以很清楚的看到活化之后的鋸屑熱重損失為 50%，最后逐漸趨于穩定的狀態，差熱圖出現了一個很強的吸收峰，主要是鋸屑發生氧化燃燒，放出了大量的熱，同時重量迅速減小，熱量 剛開始逐漸增加，在進行化學反應是，出現急劇增加，燃燒完畢，熱量急 劇 減小，最后冷卻到室溫。如下圖22 所示： 0 100 200 300 400 500 600 40 30 20 10010203040 40 30 20 10010203040 DAT/℃t / ℃% (DAT)% (TG)Weinght Loss/% 圖 22 硫酸活化的鋸屑的熱重分析圖 The TGDTA analysis of sawdust activated by sulfuric acid 活化鋸屑條件的確定的結果與討論 通過不斷的實驗，稱重法，離子滴定法等等都沒有很好的確定實驗過程中，鋸屑對錳離子的吸附量是多少，對實驗沒有進行定量，通過查閱資料得知，用 原青島農 業大學畢業論文 17 子吸收分光光度計可以進行試樣的定量分析。本實驗采用的是 北京普析 TAS 986（ G） 原子吸收分光光度計來測量吸附量，測試實驗數據如下表： 表 23 標準溶液的原子吸光度值 Table 23 The atomic absorbance of standard solution 濃度 (mol/L) Absorbance 利用上表中所測試的標準溶液原子吸光度值來做標準曲線，如下圖 23 所示： 00 0 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 y =0 .48 2 7 +2 3 1 6 .91 7 xR= 0 .91 5 8 5AbsMolar ity /m 1 圖 23 標準工作曲線 The standard working curve 根據對圖中的數據線性擬合，所得標準曲線的線性方程為： y=+，根據標準曲線再將待測樣品根據吸光度值來確定其濃度。本實驗所測得為吸附后溶液中剩余的 Mn 離子的含量，故算出剩余離子的濃度后，要用初始的離子濃度減去剩余的離子濃度，既是鋸屑吸附的量，這樣就能進行精確地定量分析鋸屑在不同的時間所吸附 Mn 離子的含量不同，然后用圖做出來，很直觀的看出時間對吸附量的影響。下表是不同吸附時間的溶液中離子的吸光度值。 表 24 時間對吸附量的實驗數據 The experimental data of time to the adsorption quantity Absorbance CS 4 6 3 2 7 2 5 9 5 0 CX 6 4 7 0 3 8 5 1 5 0 注： Cs 表示溶液中剩余的 Mn 離子的濃度（ mol/L）； Cx表示鋸屑吸附的 Mn離青島農 業大學畢業論文 18 子的濃度（ mol/L） 測試結果如下圖 24 所示：該圖很直觀的表達了在實驗過程中 ，時間對吸附量的影響，由圖中可以看出隨著時間的增加吸附量不斷增加，但是當吸附量增加到一定程度，時間 再增加，吸附量逐漸趨向飽和，吸附時間過短，會影響體系反應的結果，模板沒有起到決定性作用，當吸附達到平衡以后，再增加吸附時間，對實驗結果幾乎沒有任何影響。所以，由該圖可以看出，最佳的吸附時間為 24h。 0 5 10 15 20 25 30 35 400. 12 00. 12 50. 13 00. 13 50. 14 00. 14 5 ti m e / h吸附量mol/LT i m e / h 圖 24 時間對吸附量的影響 The influence of time to the adsorption quantity 為了探究不同濃度的硫酸活化鋸屑，鋸屑對錳 離子 的吸附量有何不同，下面進行不同濃度 H2SO4 活化鋸屑后，測試 其對吸附量的影響，實驗步驟同上述一樣進行，實驗數據按上述步驟進行測試和處理，如下表所示： 表 25 不同濃度的 H2SO4 活化鋸屑對吸附量的實驗數據 The experimental data about different concentrations of H2SO4 activating sawdust to the adsorption quantity Absorbance Cs（ mol/L） Cx（ mol/L） 根據表 25 的數據作圖，得到不同濃度 H2SO4 活化后的鋸屑對吸附量的影響，如下圖 25 所示。該圖主要探索濃度對吸附量的影響， 因為不同濃度的酸對鋸屑活化的程度不同，活化的主要目的就是讓鋸屑的孔道擴張，均勻，能給實驗青島農 業大學畢業論文 19 中 MnO2 的反應提供空間，并且起到限域的作用，不同濃度的酸與木纖維的反應不同，濃度較低時，酸不能很好的將木纖維溶解，不 利與孔道的擴張，然而濃度過高時候，木纖維與濃硫酸反應，導致孔道坍塌，從而破壞了孔道的結構，起不到開孔的作用，達不到活化的效果。 由該實驗可以很清楚的確定活化鋸屑的酸的濃度為 2 mol/L。 0 1 2 3 4 5 6 8 9 0 1 2 3 4 C( m ol/l )吸附量mol/LC m ol/L 圖 25 濃度對吸附量的影響 The influence of concentration on the adsorption quantity 小結 通過本階段的試驗，主要研究了鋸屑的吸附 作用 ，得到以下結論： （ 1） 將 H2SO4， HNO3, HCHO三種不同的物質分別進行活化鋸屑，不同的物質活化效果不一，最終確定 H2SO4為 活化 鋸屑 的理想活化劑 。 （ 2） 固定 H2SO4活化劑的濃度，探討了 吸附時間 對 吸附量 的影響 ，利用原子吸收 測試手段，測試了 鋸屑 對錳離子的吸附量隨時間的變化 ， 結果表明吸附 24h為 可以達到飽和吸附 。 （ 3） 固定吸附時間時間，探討了活化劑的 濃度 對 吸附量 的影響 ， 借助 原子吸收測試 手段 ， 研究了活化劑 H2SO4 的濃度的變化對吸附量的影響，結果表明， 2 mol/L 的硫酸 活化鋸屑模板后，吸附效果最佳 。青島農 業大學畢業論文 20 3 鋸屑天然 模板利用高錳酸鉀和甲醇體系制備納米 MnO2 引言 ：眾所周知， MnO2 來源豐富、價格低廉、對環境友好， 是一種具有重要工業用途的氧化物， 有廣泛的用途，不但可作為高級催化劑、分子篩、也可以作為 可充電池電極材料等。納米材料在電化學領域應用前景非常廣闊，引起了足多專家學者的關注。特別是納米 MnO2 電化學性能比較穩定，具有良好的離子 電子傳導率和相對高的電位，因此，擁有這些優勢的納米 MnO2 在電化學領域有非常重要的應用，比如作為堿錳電池正極材料、超級電容器電極材料和高能量密度鋰電池正極材料等。 從目前來看， 前人在模板法方面己 經 成功地用電沉積法制備準一維納米結構材 料， 各種模板在制備過程中起到的作用，類似鑄造工藝中所使用的模具，但是納米材料的形成仍然要利用普通的化學反應來制備，如化學氣相沉積法、電化學沉積、溶膠一凝膠方法、化學鍍等。 Sugantha 等用氧化鋁模板結合電化學沉積法合成了直徑 100 nm 的 ?–MnO2 納米棒 。但上述實驗模板造價高 ， 模板不易脫除等缺點。本文采用 100 目鋸屑等天然模板，分別 以高錳酸鉀錳（或硫酸錳）為原料，結合甲醇溶液氧化還原反應及高錳酸鉀氧化法 ，成功地制備了利用鋸屑中的輸送養分的天然通道的限域作用，制備出了 MnO2 納米棒。然后進一步對其晶型結構 ，形貌特征、大小以及超級電容器性能進行了詳細的分析測試。實驗結果表明，納米二氧化錳材料作為電容器材料，具有穩定的循環伏安性和循環充放電的性能。加入模板與不加模板的 MnO2，有很大的差距，不論從形貌，還是從電化學性能這方面，都表明加入模板的產品性能更加穩定，更加在實際生產中應用。 實驗部分 實驗儀器和試劑 表 31 實驗所用試劑清單 List of Main reagent in the experiment 實驗試劑（分子式） 試劑生產廠家 試劑純度 高錳酸鉀 (KMnO4) 萊陽市康德化工有限公司 分析純 (AR) 甲醇（ CH3OH） 天津市富宇精細化工有限公司 分析純 (AR) 無水乙醇 (CH3CH2OH ) 萊陽市康德化工有限公司 分析純 (AR) 無水硫酸鈉 (Na2SO4) 萊陽市康德化工有限公司 分析純 (AR) 硫酸 (H2SO4) 萊陽市康德化工有限公司 分析純 (AR) 青島農 業大學畢業論文 21 溴化鉀（ KBr） 天津市廣成化學試劑有限公司 分析純（ AR） 鉻黑 T(C20H12N3NaS) 天津市光復精細化工研