小小的棉花短絨，居然可以成為制造電池的原料，還能吸附化學(xué)試劑。最近，中國(guó)科學(xué)院新疆理化所資源化學(xué)研究室研究員張亞剛帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)就以棉花短絨為原料，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了新型碳纖維和功能型氮摻雜多孔碳材料。
傳統(tǒng)的碳材料制備方法需要消耗大量的化石能源，還伴隨著環(huán)境問(wèn)題。多年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)以棉花短絨為突破口，力圖尋找一種新型碳材料。
在一朵棉花植株上，發(fā)育正常的棉花纖維較長(zhǎng)，軋花后棉籽上還殘存著一些較短的纖維，叫棉花短絨。目前棉花短絨已成為重要的纖維素資源。
新疆是國(guó)內(nèi)的產(chǎn)棉大區(qū)，棉花短絨資源非常豐富。通過(guò)多年研究，張亞剛團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種以棉花短絨為原料，環(huán)保、低成本制備碳纖維的新工藝。在制備碳纖維過(guò)程中采用了纖維素氨基甲酸酯工藝。這種工藝與傳統(tǒng)制備再生纖維素的方法相比，操作更簡(jiǎn)便也更環(huán)保。
最近，團(tuán)隊(duì)又以棉花短絨為原料，經(jīng)纖維素氨基甲酸酯、溶液配制，碳化、活化等步驟制備出氮摻雜多孔碳材料。同時(shí)，系統(tǒng)地考察了不同的碳化溫度對(duì)試樣得率、元素組成、形貌、孔結(jié)構(gòu)的影響。
這種材料孔隙結(jié)構(gòu)可調(diào)，具有超高的比表面積。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，以氮摻雜多孔碳材料制備的超級(jí)電容器在循環(huán)5000次后，比電容容量仍可保持初始容量的93%—95%，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。通過(guò)在不同電解液中實(shí)驗(yàn)，它還同時(shí)具備優(yōu)異的倍率特性。此外，氮摻雜多孔碳還具有優(yōu)異的染料吸附性能。
據(jù)了解，上述研究成果已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，并于近期發(fā)表在國(guó)際刊物《材料化學(xué)雜志A》上。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，這種以植物為原料的新型碳材料在污水處理和超級(jí)電容器領(lǐng)域有著優(yōu)異表現(xiàn)，在能源和環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
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