Study on Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC for the Preparation of Carbon Materials and Their Electrochemical Performance

ZHANG Qi’ang; WU Ziyue; WANG Wei; KE Meirong; WANG Wei’er; GAO Yanfei; WANG Jiaofei

doi:10.20176/j.cnki.nxdz.20260908

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Study on Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC for the Preparation of Carbon Materials and Their Electrochemical Performance

更新时间：2026-09-04

- Study on Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC for the Preparation of Carbon Materials and Their Electrochemical Performance
- Journal of Ningxia University (Natural Science Edition in Chinese and English) Pages: 1-11(2026)
- 作者机构：
  
  宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20176/j.cnki.nxdz.20260908
  CLC：
- Received：29 January 2026，
  
  Online First：04 September 2026，
- 稿件说明：
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张启昂，吴子越，王薇，等.水稻秸秆与PVC共热解制备炭材料及其电化学性能研究［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），XXXX，XX（XX）：1-11.

ZHANG Qiang，WU Ziyue，WANG Wei，et al.Study on the Preparation of Carbon Materials from Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC and Their Electrochemical Performance［J］.Journal of Ningxia University （Natural Science Edition in Chinese and English），XXXX，XX（XX）：1-9.
张启昂，吴子越，王薇，等.水稻秸秆与PVC共热解制备炭材料及其电化学性能研究［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），XXXX，XX（XX）：1-11. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260908.

ZHANG Qiang，WU Ziyue，WANG Wei，et al.Study on the Preparation of Carbon Materials from Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC and Their Electrochemical Performance［J］.Journal of Ningxia University （Natural Science Edition in Chinese and English），XXXX，XX（XX）：1-9. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260908.

摘要

为实现生物质与废塑料高效资源化协同利用，以水稻秸秆（RS）与聚氯乙烯（PVC）为原料，采用共热解方法，制备高性能电容炭材料（PR），探讨共热解工艺的反应路径及PR的结构与性能之间构效关系。采用焦耳加热装置进行快速共热解实验，通过改变热解温度（

=500、600、700、800 ℃）和原料配比（

（PVC）∶

（RS）=3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3），制备一系列多孔PR。采用热重分析仪（thermogravimetry-derivative thermogravimetry，TG-DTG）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope， SEM）、拉曼光谱（Raman spectroscopy， Raman）及傅里叶变换红外光谱（Fouri

er transform infrared spectroscopy， FTIR）等表征PR的微观形貌、石墨化程度及官能团特征；采用三电极体系测试PR的双电层电容储能性能及电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction，HER）性能。结果表明，在RS、PVC共热解体系中存在显著正协同效应，RS能够有效降低PVC的起始分解温度，提高热解速率；随着

升高，PR的石墨化程度和缺陷密度（

值）增大，但

700 ℃时PR中孔隙结构坍塌，阻碍电解液中离子传输；当

600 ℃、

（PVC）∶

（RS）=1∶3时，热解制得PR具有分级多孔结构和适宜缺陷结构（

≈2.0），表现出最优电化学性能，即电化学有效表面积对应的双层电容（

）达到最大值（1.318 5 μF/cm

），同时具有最低析氢过电位。RS的引入，不仅构建了发达的离子传输通道，还通过协同效应抑制了PVC热解过程中不利副反应，为低成本、高性能碳基储能材料的开发提供了参考。

Abstract

To achieve the efficient and synergistic resource utilization of biomass and waste plastics， a co-pyrolysis method of rice straw （RS） and polyvinyl chloride （PVC） was employed to prepare high-performance capacitor carbon materials （PR）. This study investigates the reaction pathways of the co-pyrolysis process and the structure-performance relationship of PR. A Joule heating device was used for rapid co-pyrolysis experiments， where the pyrolysis temperature （

=500， 600， 700， 800 ℃） and the material ratio （

（PVC）∶

（RS）=3∶1， 2∶1， 1∶1， 1∶2， 1∶3） were adjusted to produce a series of porous PRs. The micro-morphology， graphitization degree， and functional group characteristics of PR were characterized using thermogravimetry-derivative thermogravimetry （TG-DTG）， scanning electron microscopy （SEM）， Raman spectroscopy， and Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）. The electrochemical double-layer capacitance storage performance and hydrogen evolution reaction （HER） performance were tested using a three-electrode system. The results indicate a significant positive synergistic effect in the RS and PVC co-pyrolysis system， where RS effectively lowers the initial decomposition temperature of PVC and enhances the pyrolysis rate. As the

temperature increases， the graphitization degree and defect density （

） of PR increase； however， when

700 ℃， the pore structure of PR collapses， hindering ion transport in the electrolyte. When

=600 ℃ and

（PVC）∶

（RS）=1∶3， the pyrolyzed PR exhibits a hierarchical porous structure and suitable defect structure （

≈2.0）， demonstrating optimal electrochemical performance， with the electrochemically active surface area corresponding to the double-layer capacitance （

） reaching its maximum value （1.318 5 μF/cm²） and exhibiting the lowest hydrogen evolution overpotential. The incorporation of RS not only constructs a developed ion transport channel but also mitigates the adverse effects arising from the PVC pyrolysis process through the synergistic effect， providing a reference for the development of low-cost， high-performance carbon-based energy storage materials.

关键词

Keywords

references

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