随着工业化进程的快速发展、世界人口数量的急剧增加以及化石燃料的不断消耗,资源短缺和环境污染等问题日趋严重。因此,开发清洁、高效的可再生资源,并将其转化为环保材料是解决上述问题行之有效的办法。生物质作为一种储量丰富的可再生资源,以其为原料制备的碳材料具有来源丰富、成本低廉、绿色环保的特点,因此受到了研究人员的广泛关注。生物质碳材料现已被成功应用于催化剂载体、土壤改良剂、储能器件用电极材料以及吸附剂等诸多领域,而尤以储能器件用电极材料和吸附剂两种应用研究最为广泛。一方面,环保可持续的新型储能器件是目前的研究热点,其性能主要受所采用的电极材料影响;另一方面,开发新型高效的吸附剂对于工业、医疗废水的处理至关重要。基于此,本文选取产量丰富的玉米秸秆作为碳源来制备多孔碳材料,并将其用作超级电容器用电极材料和含铬废水吸附剂。主要研究内容及结果概括如下:(1)以玉米秸秆为原料、KOH为活化剂制备了多孔碳材料,通过改变活化比例(KOH与反应物的质量比)调控孔隙结构和石墨化程度。利用扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面与孔隙度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和红外光谱仪(FTIR)等分析手段表征了材料的表面形貌、比表面积与孔径分布、晶体结构、表面官能团等物化特征,同时确定最优的活化比例。研究发现,当活化比例为1:1时,所制备的碳材料表面孔隙结构丰富,存在微孔、介孔、大孔并存的多级孔结构,比表面积最大为1228.77 m~2/g,孔容为0.77 cm~3/g,且石墨化程度最高。(2)以玉米秸秆基多孔碳为原材料制备了超级电容器用电极,采用6 M KOH电解液和标准三电极体系,对其进行循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试,探究材料结构对电化学性能的影响。研究表明:在0.5 A/g电流密度下,活化比例为1:1的多孔碳材料具有最大的比电容(285 F/g);在10 A/g的大电流密度下,多孔碳材料电极呈现出优异的循环稳定性,经2000次充放电循环后其比电容保留率高达91%。(3)研究了玉米秸秆基多孔碳材料对重金属离子Cr(VI)的吸附性能,研究发现当溶液pH值为2、Cr(VI)浓度为100 mg/L、碳投加量为0.015 g时,碳材料对Cr(VI)的吸附经6 h后达到平衡。利用伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型分析得到玉米秸秆基多孔碳材料对Cr(VI)的理论平衡吸附量为98.81 mg/g,理论饱和吸附量为175.44mg/g。本研究制备的玉米秸秆基多孔碳材料具有高的比表面积,在超级电容器用电极材料以及废水处理领域均具有较大的应用潜力,为玉米秸秆等废弃生物质资源的合理开发、利用提供了一条简便、有效的途径,有望产生巨大的经济和社会效益。