[发明专利]一种以富含木质素的生物质为原料制备电容炭的方法

说明书

本发明公开了一种以富含木质素的生物质为原料制备电容炭的方法，包括如下步骤：(1)前处理：将生物质原料切断，冲洗，烘干；(2)水热煤化预处理：生物质原料加水和过氧化氢，在水热釜中180℃～220℃保持2～3小时，烘干；(3)配料和陈化：将水热原料炭粉与活化剂、助活化剂混合，研磨，陈化；(4)碳化‑活化：混合料在850℃～880℃保温1～1.5小时，降至室温；(5)电容炭后处理：碳化料经水洗‑酸洗‑水洗，烘干，研磨，得电容炭。(6)回收活化剂：从碳化料水洗的过滤液中回收活化剂，循环使用。本发明生产的电容炭比表面大，产率高，灰分少，成本低，几乎不产生焦油和有机气体，80％以上的活化剂可回收再利用。

技术领域

本发明涉及电容炭的制备技术领域，具体涉及一种以富含木质素的生物质为原料制备电容炭的方法。

背景技术

木质素是生物质的第二大组分，是三种酚类单体的高分子树脂，含碳量高达62％，有大量sp2态碳原子的芳香环结构，碳化时易于石墨化，生成石墨晶体，是制造电容炭的最好原料。在各种生物质中，椰壳的木质素含量最高，达42％，质地坚硬，是公认的烧制超级电容器用活性炭的最好的原料，供不应求，价格逐年上涨。同时，在传统的碳化、活化两步法中，用椰壳烧制椰壳炭，一般3到5吨椰壳才能生产1吨椰壳炭，采用KOH做活化剂，2到3吨椰壳炭经活化处理才能得到1吨电容炭，也就是说6到15吨椰壳才能产1吨电容炭，并且产生大量的焦油和烟气，污染大，成本高，质量有限。

用生物质原料烧制电容炭，一般要经过碳化和活化两个步骤：先把生物质原料在400℃到650℃的温度下碳化，再用物理活化或化学活化的方法，在高温下把碳化料活化成电容炭。生物质原料碳化时会产生大量水蒸气、挥发性气体和焦油，产率低，污染严重。许多生物质原料混有多量尘土和泥沙，原料质量无法保证，导致国内生产厂家的电容炭的灰分高，杂质多，电导率低，比表面小，产品质量无法保障。另一方面，对生物质的碳化料进行活化处理的技术有限，物理活化法和化学活化法都是对碳的活化，已发展到极致，很难再有新方法出现。用水蒸气和二氧化碳气的物理活化法的设备复杂，耗能高，时间长，效果有限；使用氢氧化钾、磷酸、氯化锌等活化剂的化学活化法的污染大，对设备的腐蚀严重。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种以富含木质素的生物质为原料制备电容炭的方法，本发明生产的电容炭比表面大，产率高，灰分少，成本低，几乎不产生焦油和有机气体，80％以上的碱活化剂可回收再利用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种以富含木质素的生物质为原料制备电容炭的方法，包括如下步骤：

(1)生物质原料前处理：将生物质原料粉碎或切段或切块，清洗，烘干，得生物质原料；

(2)水热煤化预处理：在生物质原料中加水和过氧化氢水溶液，升温至180℃～220℃后，保持2～3个小时，发生煤化反应，然后洗涤，烘干至恒重，得到水热生物质炭；

(3)配料和陈化：在水热生物质炭中加入活化剂和助活化剂，混合后研磨，得到混合料，将混合料在50℃～70℃干燥环境陈化6小时以上；

所述活化剂为钾盐或钠盐，所述助活化剂为尿素；

(4)碳化-活化：将经过陈化的混合料升温至850℃～880℃后，保温1～1.5小时，降温至室温，得到碳化料；

(5)电容炭后处理：将碳化料依次经第一轮水洗、酸洗、第二轮水洗后，烘干，研磨，得到电容炭。

进一步的，步骤(1)中所述生物质原料为富含木质素的生物质原料。

进一步的，所述生物质原料不仅限于椰棕，也可用其它富含木质素的生物质原料，如椰壳、棕榈、毛竹等。所述生物质原料可以为椰棕、椰壳、棕榈、毛竹中的一种或几种。