[发明专利]松子壳基活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了松子壳基活性炭及其制备方法和应用，属于电极材料的技术领域。本发明松子壳基活性炭是以松子壳为原料，经热裂解得到炭化料后活化制成的，所述的活化是将氢氧化钾和炭化料混合后加入去离子水，再依次进行浸渍、过滤、烘干和高温下活化处理。方法：一、将松子壳粉碎，干燥至恒重，热裂解，待冷却后取出，得到炭化料；二、将步骤一获得的炭化料洗净，烘干至恒重，过筛，然后将氢氧化钾和过筛后的炭化料混合，加入去离子水，浸渍，过滤，烘干至恒重，再放入坩埚内置于马弗炉中，高温下活化，冷却至室温，洗涤至中性，烘干至恒重。本发明用作电极材料。

技术领域

本发明属于电极材料的技术领域；具体涉及松子壳基活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

基于电极/溶液界面电化学过程储能的超级电容器，具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、无污染等特性，已成为新型化学电源研究的热点之一。作为超级电容器的核心，多孔电容炭材料由于比表面积大，比电容高，循环寿命长，已广泛用于商业超级电容器的电极材料。已研制的多孔电容炭材料包括活性炭、纳米碳管、碳气凝胶、活化玻态炭、纳米孔玻态炭等，其中成本较低的活性炭应用最为广泛。综合考虑能源环境及成本问题，利用茶籽壳、花生壳、烟杆、菠菜叶等生物质制备多孔电容炭材料引起越来越多的关注。

目前，以松子壳为原料制备活性炭的研究较少，对制得活性炭的电化学性能研究更是鲜有报道。松子壳结构致密、坚硬，不容易得到高比表面积活性炭。

发明内容

本发明目的是提供松子壳基活性炭及其制备方法和应用。本发明以松子壳为原料，热裂解后用碱液(如KOH等)活化制得活性炭，产品的孔隙发达，具有高比表面积，表现出较好电容特性和循环稳定性，可作为电极材料并且具有良好的发展前景。

本发明中松子壳基活性炭是以松子壳为原料，经热裂解得到炭化料后活化制成的，所述的活化是将氢氧化钾和炭化料混合后加入去离子水，再依次进行浸渍、过滤、烘干和高温下活化处理；具体的制备方法是通过下述步骤实现的：

步骤一、将松子壳粉碎，干燥至恒重，热裂解，待冷却后取出，得到炭化料；

步骤二、将步骤一获得的炭化料洗净，烘干至恒重，过筛，然后将氢氧化钾和过筛后的炭化料混合，加入去离子水，浸渍，过滤，烘干至恒重，再放入坩埚内置于马弗炉中，高温下活化，冷却至室温，洗涤至中性，烘干至恒重，即得到松子壳基活性炭。

本发明采用浸渍、过滤、干燥再活化的分步操作，便于活化过程的控制调整；过滤、干燥后再进行高温活化降低了对设备的腐蚀性；滤液经过收集可以重复利用，减少环境污染，更环保。

步骤一中热裂解采用生物质连续热解装置处理，其中，热裂解温度为400～600℃，给料螺旋的转速为10～20r/min，热裂解反应时间为15～30min。

步骤二中过4～6目(即3.35-4.75mm)的筛。

步骤二中按氢氧化钾和炭化料质量比为(1～5):1配比将氢氧化钾和过筛后的炭化料混合。

步骤二中在室温下浸渍24h，本发明快速连续热解过程得到的热解炭本身具有以中大孔为主的孔隙结构，浸渍使得活化剂KOH有足够的时间进入充盈到热解炭内部的孔隙结构中，溶解热解炭表面及内部阻塞孔道的焦油和部分挥发分有机物等，打通原有孔道并初步造孔，使后续活化过程更充分。

步骤二中活化温度为500～900℃，活化时间为30～90min，

上述松子壳基活性炭用作电极材料。

本发明方法制备炭化料运用生物质连续热解装置，能够实现长距离高温生物质连续炭化，炭化时间短，最短为15min，从而减少能源消耗，节约资源，并减少二氧化碳排放。