Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến hiệu suất chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ mà vật liệu đã được điều chế và tính chất hóa học của carbon thu được. Các tụ điện dựa trên cacbon hoạt tính 600-800 và cả vải cotton 300-450 thường đưa ra như giản đồ quét thế tuần hồn, với sự thay đổi của dịng điện tại sự chuyển đổi của điện thế và đặc trưng của tụ điện lý tưởng. Hình dạng chữ nhật của giản đồ quét thế tuần hoàn được giữ nguyên với tốc độ quét 2-3 mV/s, biểu thị việc truyền tải điện nhanh. Việc xử lý nhiệt tạo ra
Mẫu Diện tích bề mặt (m2/g) Điện dung riêng (F/g)
PCC (SC) 169.6 92 PCC (RS) 135.06 56 PCC (WNP) 336.09 105 PCC (CC) 581.34 130 SC 600 676.95 340 RS 800 376.65 112 WNP 800 1104.08 380 CC 400 1193.17 400
23 những thay đổi lớn trong độ dẫn điện, được xem xét bởi một khoảng nhiệt độ từ 600-700
0C và tiếp theo là tăng đến 8000C.
Các cuộc thí nghiệm trước đó [12, 14, 21] đã chỉ ra rằng sự chuyển đổi giữa trạng thái cách điện và trạng thái dẫn điện thường xảy ra khi vật liệu carbon được nung nóng khoảng 600-7000C, đối với sợi vải là 300-4000C. Các mẫu bã mía, rơm rạ, vải cotton, giấy thải và sợi vải cho thấy độ dẫn điện tối ta, vì chúng có hàm lượng chất xơ cao. Việc loại bỏ các electron dị thể mạnh (chủ yếu là các nhóm chức axit) khỏi bề mặt carbon tạo điều kiện cho việc định vị electron, và độ dẫn điện được cải thiện đáng kể.
Tổng điện dung của các nguyên liệu đã chuẩn bị được tính trực tiếp từ các đường cong dịng và điện áp được đưa ra từ công thức dưới đây.
𝐶 = 𝐼𝑎 − 𝐼𝑐 2𝑣𝑚 =
𝛥𝐼 2𝑣𝑚
Trong đó C là điện dung riêng (F / g), m, khối lượng của bột carbon, v tốc độ quét điện thế (V / s), Ia và Ic, dịng điện anốt và catốt trung bình, tương ứng. Để xác định điện dung là một hàm của điện thế giá trị 𝛥𝐼 thu được ở các điện thế khác nhau. Điện dung cụ thể của các điện cực carbon SC nằm trong phạm vi 92-340 F/g, đối với RS, giá trị là 56-112 F/g, đối với các điện cực carbon WNP nằm trong phạm vi 105 – 380 F/g. trong khi đó đối với các điện cực CC, nó được tìm thấy là 130-400 F/g với tốc độ quét là 2-3 mV/s.
Bảng 1.2 cho thấy diện tích bề mặt và điện dung riêng của chúng đối với các vật liệu cacbon trên. Thông thường, điện dung riêng của điện cực cacbon hoạt tính sẽ tăng lên khi tăng diện tích bề mặt của vật liệu điện cực. Từ đó phần nào ta có thể hình dung ra được ion sẽ chiếm chỗ các mao dẫn trong vật liệu để tạo thành hai lớp vật liệu và ion. Một nghiên cứu khác đã dùng cacbon hoạt tính (AC) thương mại có sẵn từ các nguồn gốc khác nhau đã được nghiên cứu để loại bỏ các ion từ dung dịch nước của các loại muối khác nhau bằng phương pháp hấp thụ điện. [15, 18, 28, 17] Lượng Na2SO4 bị loại bỏ trong 80 phút từ dung dịch nước 1 mmol/L với tốc độ dòng chảy là 1 ml/phút dưới điện áp đặt ở mức 1V hai điện cực đối xứng phụ thuộc tuyến tính vào SBET của điện cực AC, như trong hình 1.16. Loại bỏ các cation và khôi phục AC trong điện cực cũng được thực hiện, các cation thu hồi được là 70-80% đối với kim loại kiềm và 50-60% đối với kim loại kiềm thổ.
24
Hình 1.16. Lượng Na2SO4 bị loại bỏ trong 80 phút so với SBET của AC.
Sự hấp thụ của Na+ được so sánh với H+ thông qua phép đo điện dung bằng vôn kế tuần hoàn (CV) của vật liệu cacbon được điều chế từ quả pistachio bằng cách cacbon hóa ở 450oC hoạt hóa bằng KOH ở 780oC và sau đó hóa khí CO2 ở 780 oC với các khoảng thời gian khác nhau. [8] Điện dung trong NaNO3 1M và H2SO4 0,5 M đươc biểu thị như là một hàm của tốc độ quét trong các phép đo CV trong hình 1.17 a và b, và các tham số cấu trúc mao quản được liệt kê trong bảng 1.3 Kết quả cho thấy sự hiện diện của Vmeso là quan trọng đối với cả sự hấp thụ Na+ và H+, mặc dù điều kiện tối ưu là khác nhau cho hai cation. Khả năng hấp thụ được đo trên các mao dẫn meso của vật liệu cacbon được điều chế từ vỏ dừa sau khi hoạt hóa KOH và hóa khí CO2 bằng cách sử dụng dung dịch NaCl 0,5-10 mM.
25