專利名稱：一種防止活性炭活化過程斷裂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活性炭的制備方法，特別涉及一種防止活性炭活化過程斷裂的方法。
背景技術(shù)：
活性炭具有比表面積大、原料豐富、價格低廉、電化學穩(wěn)定性高等特點，一直受到人們的青睞，被廣泛用于電化學電容器的電極材料。由于活性炭的內(nèi)阻較大，循環(huán)性能不夠穩(wěn)定，需要對其內(nèi)部微觀形貌加以控制和調(diào)整以改善其性能，以適應(yīng)電極材料商品化的需要。不同原料制備活性炭的生產(chǎn)工藝略有差別，但都是經(jīng)調(diào)制后，再進行炭化、活化。 活化的方法主要包括物理活化和化學活化。其中，化學活化是利用某些酸(如HNO3)或堿 (如Κ0Η)進行化學腐蝕，以增加材料的比表面積和表面官能團，以提高電解液在材料中的浸潤性，從而提高比電容。目前，KOH作為活化劑使用最為普遍，其制備的活性炭比表面積、孔容積、比電容量均較大，電化學性能較好。通常，為了制備比表面積大且中微孔系發(fā)達的活性炭，必須用到高比例的活化劑。隨著活化劑用量比例的提高，物料在活化過程中不可避免地發(fā)生機械性斷裂，被蝕刻的孔斷裂后成為新的表面，由此導致活化劑失去在已有的孔洞中繼續(xù)蝕刻活性炭內(nèi)部，使小孔變?yōu)榇罂椎哪芰?，從而導致總孔體積的下降。由于活性炭用作電極材料必須具備暢通孔道，大、中、小孔連接緊密的特點，才能有利于電解液的傳輸和吸附。因此，活性炭總孔體積的下降會降低電解液對活性炭的浸潤，降低反應(yīng)位點數(shù)目，影響其儲備能量大小，降低材料的利用率，最終導致活性炭的電化學性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對活性炭在活化過程中發(fā)生機械斷裂，導致總孔體積下降，影響其電化學性能的問題，提供一種防止活性炭在活化過程斷裂的方法，其能夠減少活性炭在活化過程中的機械斷裂，有效提高活性炭的總孔體積，從而增加材料的利用率，進一步改善活性炭的電化學性能。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)—種提高活性炭電化學性能的方法，包括如下步驟第一、將煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 0. 5 1. 5混合后，再按煤粉KOH = 1 1 3的質(zhì)量比向混合物中加入KOH ；第三、將步驟二中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以 2-60C /min的升溫速率升溫至500_600°C，恒溫45-60min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升溫至 800-850°C,恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，再用鹽酸浸漬，最后用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。
作為優(yōu)選，所述步驟二中，煤粉和氧化鈣的質(zhì)量比為1 1。作為優(yōu)選，所述步驟二中，煤粉和氫氧化鉀的質(zhì)量比為1 3。作為優(yōu)選，所述步驟三中，惰性氣體為氮氣。作為優(yōu)選，所述步驟三中，升溫速率為5°C /min。作為優(yōu)選，所述步驟四中，鹽酸的質(zhì)量濃度為10%。作為優(yōu)選，所述步驟四中，用鹽酸浸漬2 3次。煤本身含有氧化鈣，而CaO在燃燒過程中，會與煤中硫化物反應(yīng)生成CaSO4,單獨使用氧化鈣作為活化劑對煤內(nèi)部孔道蝕刻的效果很不明顯。而高質(zhì)量比的氫氧化鉀在活化煤時，總會由于反應(yīng)物內(nèi)部過熱，從而由內(nèi)向外發(fā)生機械性斷裂，導致被蝕刻的孔洞斷裂，從而影響了氫氧化鉀對孔道的進一步蝕刻。本發(fā)明申請人在實踐中發(fā)現(xiàn)，將煤和氧化鈣按一定比例混合后，再向混合物中加入氫氧化鉀，能夠減少活性炭在活化過程中的機械斷裂，有效提高活性炭的總孔體積。由于添加氧化鈣能夠提高預(yù)混前驅(qū)體的機械強度，在活化過程中吸水，并發(fā)生反應(yīng)，從而使物料在活化劑作用下保持形狀，不發(fā)生斷裂，使超級活性炭的總孔體積增大，并且產(chǎn)生發(fā)達的中微孔，最終提高活性炭的電化學性能。通過試驗證明，本發(fā)明制備的活性炭的總孔體積、比容量均明顯高于現(xiàn)有技術(shù)，其電化學性能有顯著提高。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。實施例1一種提高活性炭電化學性能的方法，包括如下步驟第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 1混合后，再向其中加入與煤粉質(zhì)量比1 3 的 KOH ；第三、將步驟而中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以5°C / min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。實施例2第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 0.5混合后，再向其中加入與煤粉質(zhì)量比 1 3 的 KOH ；第三、將步驟而中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以5°C /min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。實施例3第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 1.5混合后，再向其中加入與煤粉質(zhì)量比 1 3 的 KOH ；第三、將步驟而中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以5°C / min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。實施例4第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 1混合后，再向其中加入與煤粉質(zhì)量比1 3 的 KOH ；第三、將步驟而中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以2°C / min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。實施例5第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 1混合后，再向其中加入與煤粉質(zhì)量比1 3 的 KOH ；第三、將步驟而中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以6V / min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。對比實施例1第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氫氧化鉀按質(zhì)量比1 3混合；第三、將步驟二中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以5°C / min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。
對比實施例2第一、將新疆褐煤粉碎至200-250目，制成煤粉；第二、將煤粉和氧化鈣按質(zhì)量比1 1混合；第三、將步驟而中得到的混合物放入活化爐內(nèi)，通入惰性氣體進行保護，以5°C / min的升溫速率升到500°C，恒溫45min，再以相同的升溫速率繼續(xù)升到800°C，恒溫lh，冷卻至室溫，得到活化料；第四、將活化料用水洗滌至中性，然后用10% HCl浸漬3次，在用水洗滌至中性，干燥得到活性炭。對所有實施例中的活性炭進行測試，其中電化學工作站用來對所制備的材料進行電化學測試，主要測量比容量大小，jw-m^靜態(tài)氮吸附儀用來測試總孔體積、平均孔徑以及比表面積。測試條件如下表1主要試驗設(shè)備儀器
權(quán)利要求
1.一種防止活性炭活化過程斷裂的方法。該方法中KOH作為活化劑，CaO為添加劑，活性炭原料可以是煤、木材、果殼等材料中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性碳材料，其合成的炭化、活化過程為將充分混勻的原料置于管式爐隊氣氛中以5°C /min速率逐步升溫500°C恒溫45min，在此升溫速率下繼續(xù)升溫至800°C保溫Ih后自然冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的活性碳材料，原料采用干法混合，CaO、原料、KOH最優(yōu)比例為 1 1 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，該活性碳材料具有以下特點(1)由于預(yù)混物料里添加了一定比例CaO，在整個活化過程中，起到了增強了材料機械性強度的作用，提高了活化劑KOH蝕刻活性炭內(nèi)部的能力和活性碳材料的總孔體積，從而改善了活性炭材料的電化學性能；(2)比表面積>1300m2/g ；(3)總孔體積>0. 5cm3/g ；(4)平均孔徑2-16nm。
全文摘要
一種防止活性炭活化過程斷裂的方法。高比例的活化劑在制備比表面積大且中微孔系發(fā)達的活性炭時必不可少。隨著活化劑用量比例的提高，物料在活化過程中不可避免地發(fā)生機械性斷裂，導致活化劑失去在已有的孔洞中繼續(xù)蝕刻活性炭內(nèi)部，使小孔變?yōu)榇罂椎哪芰?，從而導致總孔體積的下降。為了近一步改善活性炭總孔體積和電化學性能，提高活化劑作用的效率，在預(yù)混物料中摻入一定比例的氧化鈣，由此在活化過程中防止物料機械性斷裂，因而提升活化效果，使活性炭中孔率上升。
文檔編號C01B31/12GK102275914SQ20111012816
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者柴卉, 賈殿贈, 陳旋 申請人:新疆大學