專利名稱：生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的制備方法，具體涉及一種濃酸水解生物質(zhì)、糖酸溶液原位縮聚炭化、一定條件下活化處理，制備具有高比表面積和高比電容量活性炭的新方法。
背景技術(shù)：
在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，資源日漸短缺的今天，新型儲(chǔ)能元件超級電容器得到快速發(fā)展，它很好地彌補(bǔ)了電池和燃料電池功率低、耐大電流充放電性能差和傳統(tǒng)電容器儲(chǔ)能密度小的缺點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、移動(dòng)通訊、信息技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域的不斷應(yīng)用， 使其越來越受到人們的關(guān)注，各國紛紛制定出電化學(xué)電容器的發(fā)展計(jì)劃，將其列為國家重點(diǎn)的戰(zhàn)略研究對象。特別是環(huán)保汽車、電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，大功率和電化學(xué)電容器更顯示了其前所未有的應(yīng)用前景。因此，近年來電化學(xué)電容器的研究呈現(xiàn)出空前的研究熱潮。而電極材料是決定電化學(xué)電容器性能的關(guān)鍵因素，所以電化學(xué)電容器電極材料的研究已經(jīng)成為電化學(xué)電容器研究的熱點(diǎn)。在超級電容器的各種電極材料中，價(jià)格低廉的活性炭材料是應(yīng)用最廣泛也是技術(shù)最成熟的一類。炭材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，其密度低，抗化學(xué)腐蝕性能好，熱膨脹系數(shù)小，彈性模量不高?？赏ㄟ^不同方法制得粉末、塊狀、纖維、布、氈等多種形態(tài)，同時(shí)還擁有多種同素異形體(如石墨、金剛石、富勒烯)，也可因石墨化程度的不同而具有不同的空間結(jié)構(gòu)，故被廣泛用于電化學(xué)領(lǐng)域作電極材料。專利CNI01648706A公開了一種以石油焦為原料，經(jīng)過研磨，以氫氧化鉀為活化劑制備超級電容器用活性炭。專利CN101759181A公開了一種以杏殼、桃殼等硬質(zhì)果殼或玉米芯為原料，以一定量磷酸為活化劑，磷酸二氫鉀或磷酸二氫鈉為擴(kuò)孔劑制備比電容量達(dá)200F/g的活性炭。專利CNI01525132A公開了一種以淀粉(氧化交聯(lián)淀粉、玉米陽離子淀粉、接枝共聚淀粉、可溶性淀粉或木薯淀粉)為原料，氫氧化鉀為活化劑生產(chǎn)超級電容器用活性炭的方法。以上專利所用原料在不同程度上存在來源受限的問題，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明是在前期工作的基礎(chǔ)上，以生物質(zhì)這種可再生資源為原料，采用先對生物質(zhì)進(jìn)行酸處理，再利用其水解液原位縮聚碳化，一定條件下活化處理，制備具有高比表面積、高比電容量活性炭的新方法，此種制備超級電容器用活性炭的方法還未見專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種利用生物質(zhì)制備超級電容器用活性炭的新方法。本發(fā)明首先將生物質(zhì)與32 72wt%的無機(jī)酸按固液比1 5 10 (Kg/L)混合，升溫至50°C，水解10分鐘，過濾得糖酸溶液和濾渣；調(diào)整糖酸溶液的酸濃度為42 62wt%， 在溫度為95°C下，縮聚炭化反應(yīng)6小時(shí)，固體過濾，洗滌、干燥，制得水熱碳；將水熱碳500°C 熱處理后與活化劑按質(zhì)量比1 2 5 (Kg/Kg)混合，將其在400°C下反應(yīng)0. 5小時(shí)，750 800°C下活化反應(yīng)1小時(shí)，固體過濾、洗滌、干燥，將制備的活性炭進(jìn)行比表面積和比電容測試，得到比表面積達(dá)3662m2/g，比電容量達(dá)352F/g的活性炭。本發(fā)明的特征在于所述生產(chǎn)超級電容器用活性炭的生物質(zhì)為稻殼、玉米芯、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物和鋸末、樹枝等林業(yè)廢棄物。本發(fā)明的特征在于所述的無機(jī)酸為磷酸、硫酸或其混合酸溶液。本發(fā)明的特征在于所述活化劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉和磷酸。本發(fā)明的特征在于糖酸溶液縮聚炭化后，過濾所得濾液，調(diào)整酸濃度后，返回水解工序循環(huán)利用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將稻殼與72% H2SO4按固液比為1 10 (Kg/L)混合，置于50°C水浴中水解10分鐘，調(diào)節(jié)酸濃度為52%，過濾得到糖酸溶液；再將糖酸溶液置于95°C水浴中炭化反應(yīng)6小時(shí)，過濾、水洗、干燥，得水熱碳，將水熱碳500°C熱處理后與氫氧化鉀按質(zhì)量比1 3 混合，400°C反應(yīng)0. 5小時(shí)，800°C下活化反應(yīng)1小時(shí)，固體過濾、洗滌、干燥，制備比表面積為 2185m2/g,比電容量為225F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例2 改變水熱碳與活化劑用量比為1 4，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為M35m2/g，比電容量為256F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例3 改變水熱碳與活化劑用量比為1 5，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為3276m2/g，比電容量為272F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例4:改變水熱碳與活化劑用量比為1 2，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為1948m2/g，比電容量為193F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例5 改變縮聚炭化的酸濃度為42%，其他條件同實(shí)施例3，制備出比表面積為3662m2/g，比電容量為352F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例6 改變縮聚炭化的酸濃度為62%，其他條件同實(shí)施例3，制備出比表面積為^07m2/g，比電容量為的超級電容器用活性炭。實(shí)施例7:改變活化劑為氫氧化鈉，水熱碳與活化劑質(zhì)量比為1 3，400°C下反應(yīng) 0. 5小時(shí)，750°C下活化反應(yīng)1小時(shí)，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為2238m2/g，比電容量為213F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例8 改變稻殼硫酸水解的固液比為1 5 (Kg/L)，其他條件同實(shí)施例3，制備出比表面積為3058m2/g，比電容量為270F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例9 改變活化劑為磷酸，水熱碳與磷酸質(zhì)量比為1 5，500°C下活化反應(yīng)1 小時(shí)，固體過濾、洗滌、干燥，制備出比表面積為2180m2/g，比電容量為208F/g的超級電容器用活性炭。實(shí)施例10 改變硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%，將稻殼與52% H2SO4按固液比為1 10(Kg/ L)混合，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為2013m2/g，比電容量為196F/g的超級電容器用活性炭。
權(quán)利要求
1.生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的生產(chǎn)方法，其具體步驟如下首先將生物質(zhì)與32 72wt%的無機(jī)酸按固液比1 5 10 (Kg/L)混合，升溫至50°C， 水解10分鐘，過濾得糖酸溶液和濾渣；調(diào)整糖酸溶液的酸濃度為42 62wt%，在溫度為 95°C下縮聚炭化反應(yīng)6小時(shí)，過濾，洗滌、干燥，制備水熱碳；將水熱碳與活化劑按質(zhì)量比 1 2 5 (Kg/Kg)混合，將混合物在400°C下反應(yīng)0. 5小時(shí)，750 800°C活化反應(yīng)1小時(shí)， 固體過濾，洗滌、干燥，制備高比表面積和高比電容量的活性炭。
2.一種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述生產(chǎn)活性炭的生物質(zhì)為稻殼、玉米芯、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物和鋸末、樹枝等林業(yè)廢棄物。
3.—種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述的無機(jī)酸為磷酸、硫酸或其混合酸溶液。
4.一種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述活化劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉或磷酸。
5.一種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于 糖酸溶液縮聚炭化后，過濾所得濾液，調(diào)整酸濃度后，返回水解工序循環(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備生物質(zhì)基超級電容器用活性炭的生產(chǎn)方法，具體涉及一種濃酸水解生物質(zhì)、糖酸溶液原位縮聚炭化、一定條件下活化制備高比表面積和高比電容量的新方法。本發(fā)明包括具體步驟如下首先將生物質(zhì)用一定濃度的無機(jī)酸水解，過濾得糖酸溶液和濾渣；調(diào)整糖酸溶液的濃度，縮聚炭化制備水熱碳；將水熱碳與活化劑按一定質(zhì)量比混合，進(jìn)行活化處理，制備超級電容器用活性炭。本發(fā)明所述用生物質(zhì)制備超級電容器用活性炭的方法，是可持續(xù)發(fā)展的綠色工藝路線。
文檔編號C01B31/12GK102205963SQ201110062358
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者丁雪峰, 朱燕超, 王麗麗, 王子忱, 趙旭, 郭玉鵬 申請人:吉林大學(xué)