[发明专利]一种去除超级电容活性炭中游离态氯离子的方法

说明书

一种去除超级电容活性炭中游离态氯离子的方法是在20‑60℃下将超级电容活性炭与去离子水进行搅拌形成混合溶液，将混合溶液于超声波中进行超声处理30‑180min，超声结束后进行固液分离，分离后的固体在105‑120℃干燥5‑12h，自然冷却后即得超低氯离子含量的超级电容活性炭。本发明具有工艺路线简单、快速高效、环境友好、可大规模连续生产，大幅脱除超级电容活性炭中的游离态氯离子的优点。

技术领域

本发明属于一种去除氯离子的方法，具体地说涉及一种去除超级电容活性炭中游离态氯离子的方法。

背景技术

超级电容活性炭具有超高的比表面积，丰富的孔容，能够在双电层电容器中通过电荷的物理吸附进行储能，因此是双电层电容器的关键核心材料之一。由于双电层电容器的核心优势是具有超长的循环稳定性，因此对超级电容活性炭的纯度要求极为严格。其中超级电容活性炭中的游离态氯离子对双电层电容器循环稳定性的影响极为明显，因此需要超级电容活性炭中尽量具有超低的游离态氯离子。然而，制备超级电容活性炭的工艺通常需要使用低浓度的盐酸，微量的盐酸在超级电容活性炭的复杂孔隙内残存下来，极难去除，导致超级电容活性炭的指标达不到商业化需求。目前脱除超级电容活性炭中游离态氯离子的主要方法是反复使用去离子水洗涤和加入还原剂两种方法。如李开喜(专利申请号：200710185651.2)以煤为原料，与氢氧化钾混合高温反应，得活化料后用水洗涤pH值达7-7.5，然后用盐酸浸渍2-3次，每次2-3小时，之后用蒸馏水反复洗涤至中性。该洗涤技术周期长，耗水量大，难以满足工业大产能需求。如陈白杨(专利申请号：201710405661.6)等公布了一种测量水中卤代有机物的预处理方法。第一步是采用银离子与无机卤素离子反应形成沉淀，随后过滤处理。采用以上技术方案虽然能够有效去除活性炭中的游离态氯离子，但会相应的在活性炭孔中形成沉淀物，堵塞孔道并引入新的杂质。此外，较高的生产成本也难以实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，电容活性炭性能好的去除超级电容活性炭中游离态氯离子的方法。

本发明是将超级电容活性炭分散于去离子水中形成混合溶液，然后利用超声波的方式，使溶液振动而产生数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波众向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时，气泡迅速增加，然后突然闭合，并在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压，使超级电容活性炭孔隙内的氯离子脱离孔隙并分散于溶液中，从而实现脱除氯离子的目的。

本发明是采用如下技术方案实现的：

(1)20-60℃下将超级电容活性炭与去离子水进行搅拌形成混合溶液，超级电容活性炭：去离子水的质量比为：100:200-1000；

(2)将混合溶液于超声波中进行超声，超声功率为0.5-5kW·100g，超声时间为30-180min；经大量实验验证，由于超级电容活性炭存在极为复杂的纳米孔道结构，超声功率和超声时间对氯离子的脱除有重大影响。随着超声功率和超声时间增加，有利于氯离子的快速脱除，但也带来一定的副反应。当超声功率和超声时间大于5kW·100g和180min时，超级电容炭的颗粒发生破碎，导致平均颗粒粒径(D₅₀)降低，不利于材料的结构控制；此外由于插层作用发生炭微晶结构重排现象，降低超级电容活性炭的导电性，不利于电荷的传输。当超声功率和超声时间小于0.5kW·100g和30min时，不利于超级电容活性炭微孔内氯离子的脱除。

(3)超声结束后进行固液分离，分离后的固体在105-120℃干燥5-12h，自然冷却后即得超低氯离子含量的超级电容活性炭。经大量实验验证，烘干温度不宜过高，当烘干温度超过120℃时，在大气气氛下超级电容活性炭表面容易发生氧化反应，表面生产大量的含氧官能团，而含氧官能团对最终的电化学性能影响较大。

如上所述的超级电容活性炭中游离态氯离子质量含量为0.5-5.0％。