本發(fā)明屬于化學合成領(lǐng)域，具體涉及利用一種廢糖液制備炭球及其經(jīng)過化學活化后在電化學上的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

能源短缺是當今世界面臨的一個嚴重問題，為了克服這一問題，綜合利用可替代的持續(xù)可再生資源實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化和儲備至關(guān)重要。近年來，燃料電池、電池組和電容器等能源儲備技術(shù)的研究備受關(guān)注。雙電層電容器因其能量密度高、循環(huán)壽命長且性能優(yōu)于其它電池組，而在諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。并且，隨著生產(chǎn)垃圾的增多，為了方便處理廢棄物，導致一些可被循環(huán)利用的廢棄物被直接排放，進而造成了環(huán)境污染和資源浪費。值得注意的是，在維生素c的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生了大量的廢糖液，并含有大量的2-酮基-l-古龍酸、少量的維生素c，以及鈉和鉀等堿性金屬離子。而且，目前對維生素c的廢液的循環(huán)利用主要體現(xiàn)在生產(chǎn)一些低附加值的產(chǎn)品（如草酸和洗滌劑等），或者使用較為復雜的工序回收2-酮基-l-古龍酸，制備維生素c。

另外，根據(jù)廢糖液主要的組成可知，其含量豐富的c和o元素，有利于制備電化學性能良好的活性炭電極材料。除此之外，廢糖液中的一些堿性金屬離子，可以起到一定的活化作用。所以，對廢糖液進行循環(huán)利用，制備具有高附加值的雙電層電容器的碳電極材料具有較大的研究意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題在于，客服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種利用廢糖液制備多孔炭球的方法，同時提出了用該炭球制備電極片的方法。利用廢糖液為前驅(qū)體，通過水熱碳化制備炭球，再通過化學活化進行造孔，并最終用作雙電層電容器的炭電極材料。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

廢糖液制備多孔炭球的方法，其具體步驟如下：

步驟1，水熱碳化

將廢糖液和去離子水按照2:3的體積比例混合，為使它們混合均勻，對混合液進行超聲波分散，超聲波分散時間為20min～40min，最佳選擇30min。然后倒入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，進行水熱處理；水熱溫度為140^oc～220^oc，最佳選擇為180^oc；水熱反應(yīng)時間為3h～15h，優(yōu)選時間為12h。

自然冷卻至室溫后，得到柱狀的凝膠狀炭材料。

步驟2，炭球的清洗與干燥

將柱狀的凝膠狀炭材料，先與去離子水混合超聲波分散30min，再和乙醇混合超聲30min，然后進行抽濾，重復上述操作，直至濾液澄清無色，再將清洗后的炭材料，放于鼓風干燥箱中進行干燥，得到炭球，干燥條件為80^oc、12h。

步驟3化學活化制備多孔炭球

將炭球和氫氧化鉀（koh）按比例均勻混合后（質(zhì)量比mkoh/m炭球=0.5～3），在惰性氣氛ar（氬氣）中進行活化，活化溫度為500～750^oc，活化時間為1~3h。然后，使用2mol/l的hcl溶液和過量的去離子水進行洗滌和抽濾，直至濾液呈中性。最后，將活化清洗后的炭球放置在真空干燥箱中于200^oc，干燥2h，得到多孔炭球。

步驟2和3中，所述的乙醇為市售的分析純乙醇，所述的鹽酸為市售的分析純經(jīng)過稀釋制得的2mol/l的稀鹽酸。

本發(fā)明提出的一種將上述方法制備的多孔炭球用于制備電極片的方法，其步驟是：

步驟1，將上述方法制備的多孔炭球、乙炔黑和ptfe混合，其質(zhì)量比為：

多孔炭球85%～90%；

乙炔黑0%～10%；

聚四氟乙烯（ptfe）0%～5%；

多孔炭球、乙炔黑和ptfe最佳質(zhì)量比87:10:3。

步驟2，將上述混合物碾壓至薄紙片狀。

步驟3，將混合物壓至泡沫鎳上，制成電極片。

優(yōu)選地，壓制成直徑為13mm的圓形電極片并浸漬于6mol/l的koh溶液中（6mol/l的koh溶液作電解液），組裝成雙電層電容器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：

廢糖液作為一種新型的前驅(qū)體通過水熱碳化處理制備炭微球。并且，廢糖液是呈液態(tài)，不需要在進行水熱處理時溶解前驅(qū)體。與此同時，采用koh作為活化劑進行活化，可以增加炭微球的比表面積，以及在炭球上產(chǎn)生微孔和中孔。并且，利用廢糖液經(jīng)過水熱碳化，制備的炭球表面含有豐富的含氧官能團，有利于增加多孔炭球的浸潤性，以及通過增加贗電容的方式增加比電容。

附圖說明

圖1是廢糖液干燥得到的廢糖渣、炭球和多孔炭球的掃描電鏡圖。a是廢糖渣的掃描電鏡圖，b、c、d是不同放大倍數(shù)下的炭球的掃描電鏡圖，e、f是不同放大倍數(shù)下的多孔炭球的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

實施例1廢糖液制備多孔炭球。

步驟1，將廢糖液通過減壓抽濾，除去不溶性的雜質(zhì)，再將30ml的去離子水和20ml的抽濾后的廢糖液混合后，進行超聲波分散30min，得到50ml的混合溶液。

將上述得到的混合溶液倒入100ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱反應(yīng)釜中。將水熱反應(yīng)釜放入鼓風干燥箱中，在180^oc的溫度下，保持12h后，自然冷卻至室溫，得到柱狀的凝膠狀炭材料（深褐色）。

步驟2，將柱狀的凝膠狀炭材料，先與去離子水混合超聲波分散30min，再和乙醇混合超聲30min，然后進行抽濾，重復上述操作，直至濾液澄清無色，再將清洗后的炭材料，放于鼓風干燥箱中進行干燥，得到炭球，干燥條件為80^oc、12h。

步驟3，化學活化制備多孔炭球：

（1）將炭球和koh按質(zhì)量比混合：mkoh/m炭球=1。

（2）將炭球和koh的混合物，放置在管式爐中，在ar氣氛下升溫（10^ocmin^-1）至設(shè)定的活化溫度700^oc），活化2h。自然冷卻至室溫，收集活化料用2mol/l稀鹽酸充分洗去殘余的活化劑，再用去離子水洗滌至中性，最后在200^oc真空狀態(tài)下干燥2h，得到多孔炭球。

步驟4，電極片的制備：

將步驟3制備的多孔炭球、乙炔黑和ptfe按照87:10:3的質(zhì)量比例混合，在瑪瑙研缽中碾壓至薄紙片狀，其中多孔炭球的質(zhì)量約為10mg。然后將混合物壓至泡沫鎳上，制成直徑為13mm的圓形電極片。

最后，將制好的電極片浸漬于6mol/l的koh溶液中（6mol/l的koh溶液作電解液），并組裝成雙電層電容器。

實施例2，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的超聲波分散時間為20min。

實施例3，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的超聲波分散時間為40min。

實施例4，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱溫度為140^oc。

實施例5，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱溫度為160^oc。

實施例6，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱溫度為200^oc。

實施例7，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱溫度為220^oc。

實施例8，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱反應(yīng)時間為3h。

實施例9，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱反應(yīng)時間為6h。

實施例10，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱反應(yīng)時間為9h。

實施例11，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟1中所述的水熱反應(yīng)時間為15h。

實施例12，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的mkoh/m炭球=0.5。

實施例13，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的mkoh/m炭球=2。

實施例14，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的mkoh/m炭球=3。

實施例15，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的活化溫度為500^oc。

實施例16，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的活化溫度為600^oc。

實施例17，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的活化溫度為800^oc。

實施例18，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的活化時間為1h。

實施例19，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的活化時間為2.5h。

實施例21，與實施例1基本相同，所不同的是：步驟3中所述的活化時間為3h。

用本發(fā)明方法制備了不同批次的多孔炭球，分析結(jié)果如下：在mkoh/m炭球=1，活化溫度為700^oc和活化時間為2h的條件下，制備的多孔炭球具有較高的比表面積（1811m²/g），在電流密度為40ma/g的條件下，其比容可達296.11f/g，能量密度為8.33wh/kg。