水稻秸秆与PVC共热解制备炭材料及其电化学性能

张启昂; 吴子越; 王薇; 柯梅容; 汪威尔; 高艳飞; 王焦飞

doi:10.20176/j.cnki.nxdz.20260908

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水稻秸秆与PVC共热解制备炭材料及其电化学性能

更新时间：2026-10-16

- 水稻秸秆与PVC共热解制备炭材料及其电化学性能
- Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC for the Preparation of Carbon Materials and Their Electrochemical Performance
- 宁夏大学学报(自然科学版中英文) 2026年47卷第5期页码：478-488
- 作者机构：
  
  宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021
- 作者简介：
  
  张启昂（2003—），硕士研究生，主要从事生物质、低值含碳废弃物等含碳基质的热转化及催化转化研究，(电子信箱)15856589868@163.com。
  王焦飞（1989—），男，副研究员，博士，博士研究生导师，主要从事煤、生物质、低值含碳废弃物等含碳基质的热转化及催化转化研究，(电子信箱)wjfdafei@nxu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金地区科学基金项目(22468041);宁夏自然科学基金优秀青年项目(2024 AAC05007);宁夏大学大学生创新创业训练计划项目(S202410749119)
- DOI：10.20176/j.cnki.nxdz.20260908
  中图分类号：
- 收稿：2026-01-29，
  
  纸质出版：2026-09-15
- 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［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），2026，47（5）：478-488.

ZHANG Qi’ang,WU Ziyue,WANG Wei,et al.Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC for the Preparation of Carbon Materials and Their Electrochemical Performance[J].Journal of Ningxia University (Natural Science Edition in Chinese and English),2026,47(5):478-488.
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［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），2026，47（5）：478-488. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260908.

ZHANG Qi’ang,WU Ziyue,WANG Wei,et al.Co-pyrolysis of Rice Straw and PVC for the Preparation of Carbon Materials and Their Electrochemical Performance[J].Journal of Ningxia University (Natural Science Edition in Chinese and English),2026,47(5):478-488. 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（Fourier transform infrared spect

roscopy， 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 investigated 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 indicated a significant positive synergistic effect in the RS and PVC co-pyrolysis system， where RS effectively lowered the initial decomposition temperature of PVC and enhanced the pyrolysis rate. As the temperature increased， t

he graphitization degree and defect density （

） of PR increased； however， when

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

=600 ℃ and

（PVC）∶

（RS）=1∶3， the pyrolyzed PR exhibited 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 constructed a developed ion transport channel but also mitigated 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

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