[发明专利]一种混合生物质活性炭的制备方法和在超级电容器中的应用

说明书

本发明公开了一种混合生物质活性炭的制备方法和在超级电容器中的应用。该方法选用多种生物质材料为原料，按照一定的比例混合，经过预处理、炭化、浸渍、活化、酸洗等处理过程，制备了混合生物质活性炭。将得到的活性炭进一步制备成电极片，以氢氧化钾溶液为电解液，在三电极体系中进行测试，结果显示具有较好的电化学性能。不同于利用单一原料分别制备活性炭，本发明选用多种生物质材料进行混合，一次烧制，不仅节约了烧制成本，而且通过原料和配比的合理选择，能够从整体上提高活性炭的超级电容器电极性能；另外，本发明所采用的原料是自然界中的废弃生物质，来源广泛，绿色环保，并且制备过程简单，有利于大规模生产。

技术领域

本发明属于材料领域以及电化学领域，具体涉及一种混合生物质活性炭的制备方法和在超级电容器中的应用。

背景技术

生物质活性炭一直以来都是研究的重点，生物质活性炭来源丰富，很多生物质材料如玉米秸秆、棕榈叶、榆树花、椰壳等都被制备成活性炭应用于双电层电容器电极，展现出良好的电化学性能。但在这些研究中，研究者们往往只是对单一的生物质原料加工处理，制备得到的是单一的活性炭。

在活性炭的其他应用研究领域，已经有一些研究者采用两种混合生物质制备活性炭的研究，例如，为了提高单一活性炭的碘吸附值，朱玲等[朱玲, 康春莉, 田涛, et al.氯化锌法制备山核桃壳-玉米秸秆混合基活性炭. 科学技术与工程. 2017; 17: 115-21]以氯化锌为活化剂，通过将混合原料浸渍后高温活化制备了山核桃与玉米秸秆的混合活性碳，并经研究发现当山核桃壳与玉米秸秆原料质量比为7:3时，制备的混合活性炭吸附性能最好。

考虑到实际生活中，有各种树叶、菜叶、水生植物叶，也都可以用来制备活性炭，通过对不同叶子的微观成分、结构进行表征分析，面向超级电容器电极应用，设计筛选不同的叶片材料，按一定配比进行混合，用混合物制备混合叶片基活性炭，不仅可以减少多次分别烧制的工艺过程，而且使用合理选料混合的生物质叶片为原料，也有利于结合多种材料的优异特性，展现更好的电化学性能。在目前的研究中，还没有制备混合生物质活性炭特别是混合叶片基活性炭应用于超级电容器的研究，因此，在本专利中，利用多种混合生物质为原料，制备了混合叶片基生物质活性炭，并提供了其在超级电容器中的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种混合叶片基生物质活性炭的制备方法。

本发明的目的之二在于提供一种上述方法制备的混合生物质活性炭在超级电容器中的应用。

本发明的具体实施方案如下：

本发明提供的一种混合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）选用多种来自不同物种的生物质原料（两种及以上）按照一定的质量比混合，利用去离子水和无水乙醇分别超声洗涤10-30 min，干燥后剪碎，保存；

（2）将上述得到样品置于管式炉中，在惰性气体的保护下，在一定温度下热处理一段时间，冷却后取出产物，研磨，超声处理10-30 min，使其混合均匀，得炭化样，然后将其和一定质量的KOH水溶液混合均匀，室温下浸渍一段时间，烘干，得浸渍样；

（3）将得到的浸渍样置于管式炉中，在惰性气体的保护下，在一定温度下进一步热处理一段时间，将冷却后的产物，先用一定浓度的盐酸进行洗涤至中性，再分别用去离子水和乙醇洗涤，烘干，得到混合生物质活性炭。

上述方案，所述步骤（1）中的生物质原料为法国梧桐、梧桐、大薸、水葫芦、白菜、紫甘蓝中的两种及以上；质量比保证被选用的每种原料质量比含量不低于5%。

上述方案，所述步骤（2）中的惰性气体是指氮气或者氩气中的一种。

上述方案，所述步骤（2）中的热处理过程是指温度为500-600℃，恒温处理2-4 h，升温速率为1-5℃/min。

上述方案，所述步骤（2）中的炭化样和KOH混合的质量比为1:2-5，浸渍时间为12-24 h。