[发明专利]一种电化学电容器用中孔炭材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于炭材料与微波化学技术领域，具体涉及一种电化学电容器用中孔炭材料的制备方法。

背景技术

中孔炭具有较高的比表面积、孔隙率和良好的物理化学特性，在能源、化工和环保等领域有广泛的应用。不同的应用目的对中孔炭材料的孔径大小要求不同，随着人们对中孔炭要求的提高，开发孔径、孔容可调变的、廉价的中孔炭得到了人们的广泛关注。廉价的原料和高效制备方法的选择是低成本制备中孔炭材料的关键。

制备中孔炭材料的原料主要有煤、石油、生物质和其它含碳原料。其中，煤和石油为一次性矿石资源，不可再生。生物质原料主要是木材和各类果壳。木材以砍伐林木为代价；而果壳可再生。我国是花生生产大国，年产农业废弃物花生壳达500万吨。以花生壳为碳源，制备电化学电容器用中孔炭材料，不仅可以改变我国目前花生壳资源极度浪费的现状，取得可观的经济效益，而且可以减少因焚烧和抛弃花生壳带来的环境污染。探索由花生壳制备电化学电容器用中孔炭材料具有环保和节约资源双重意义。

传统的模板法、物理/化学活化法、催化活化法、有机凝胶炭化法可以制备中孔炭，但是，这些方法的一个共同缺点是以传统的管式炉进行加热，其加热/活化时间较长，活化温度较高，成本高。模板法中主要采用硅质硬模板，硅质硬模板的去除需要氢氟酸洗涤，导致硬模板工艺对环境污染严重。探索由花生壳制备电化学电容器用中孔炭材料具有环保和节约资源双重意思。

专利200910043229.2公布了一种储能用多孔炭材料的制备方法。该方法以比表面积为1100m²/g的二氧化硅为模板，中间相沥青为碳源，沥青和二氧化硅研磨混匀后放入电炉中，在氮气保护下以5℃/min的升温速率将电炉升温至300℃后保温8h，然后以10℃/min的升温速率将电炉升温至900℃后保温1h，最后在氮气保护下冷却至室温；用30%的氢氟酸去除二氧化硅模板、水洗、过滤、干燥后，制得的多孔炭的比表面积为600m²/g，平均孔径为5.0nm，多孔炭的比容达220F/g。专利98123530.1公布了一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法。该方法是将一次活化制得的具有一定比表面积的沥青基球状活性炭在氯化亚铁和氯化钴等金属化合物的溶液中浸渍和干燥后，在800-1000℃下用水蒸气或者二氧化碳进行二次活化，制得活性炭的比表面积在1048-1650m²/g之间，总孔容介于0.58-0.86cm³/g之间，中孔比例介于38-71%。专利200610134271.1公布了以沥青烯类物质为原料制备有序结构中孔炭的方法。该方法是以煤直接液化过程中的副产物沥青烯类物质为碳源，中孔硅分子筛为模板，经模板和原料的预处理、有机物/模板复合物的制备、炭/模板复合物的制备、模板的去除等复杂、昂贵的工艺步骤，制得中孔炭，所得中孔炭的比表面积介于450-1200m²/g之间，孔容介于0.4-1.5cm³/g之间。

论文“Peanut shell activated carbon: characterization, surface modification and adsorption of Pb²⁺ from aqueous solution”（Chinese Journal of Chemical Engineering, 16(3) (2008) 401－406）提出了以花生壳为原料，磷酸为活化剂，当磷酸/花生壳质量比为1：1时，在550^oC活化120min制得的活性炭比表面积为1019m²/g，总孔容为0.75cm³/g。论文“Characteristics of activated carbon from peanut hulls in relation to conditions of preparation”（Materials Letters, 57 (2002) 164－172）提出了采用常规加热法由花生壳制备活性炭的方法。论文中，用85%的磷酸浸泡花生壳后，当磷酸/花生壳质量比为1：1时，于500^oC活化180min后，所得活性炭的比表面积为1177m²/g，总孔容为0.60cm³/g。