[发明专利]一种富氧中空管状多孔炭的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种富氧中空管状多孔炭的制备方法及其应用，属于多孔炭材料储能领域。该方法以悬铃木果球里的果毛为前驱体，高温炭化得到炭化焦，炭化焦与高锰酸钾溶液混合，烘干，置于惰性气氛下加热煅烧，所得产物依次经过盐酸、双氧水和去离子水洗涤，最后干燥，即得到富氧中空管状多孔炭。本发明操作方法简单且易操作，使用的原料来源广泛易得。此外，所得多孔炭呈现出中孔管状结构、氧含量丰富、高的比表面积、多级孔隙结构。该多孔炭作为超级电容器的电极材料，具有优异的电化学性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及多孔炭材料储能技术领域，具体涉及一种富氧中空管状多孔炭的制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型能量存储装置，其因具有较高的能量密度、大的功率密度、高的充放电效率和长的循环寿命等优点，而被广泛的应用于电子设备、轨道交通、电动汽车、军用设备等各个领域。电容器的电化学性能与电极材料密切相关，多孔炭因具有大的比表面积、高的导电率、化学性质稳定等优点，已成为应用于电容器的主要电极材料。

悬铃木在我国广泛种植，其抗空气污染能力较强，叶片具有吸收毒气和滞积灰尘的作用，且对二氧化硫、氯气等有毒气体也具有较强的抗性。但是，在春季的时候，悬铃木的果毛从树上飘落，严重影响环境质量，同时也容易引发人们的呼吸系统及皮肤疾病。悬铃木的果毛属于生物质且具有中空管状结构特征，可以作为天然资源进行开发利用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种富氧中空管状多孔炭的制备方法，以悬铃木果毛为前驱体制备多孔炭，变废为宝。

本发明的目的之二是提供上述制备方法制得的富氧中空管状多孔炭的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种富氧中空管状多孔炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将悬铃木无籽果毛置于管式炉中，在惰性气氛下升温到450～500℃并保持1.5～2h进行热解碳化，自然降至室温后，得到炭化焦；

(2)将步骤(1)得到的炭化焦与高锰酸钾以质量比1:2～1:4进行混合，加入适量去离子水，在70～80℃下回流0.5～1.5h，回流完成待降至室温后干燥；

(3)将干燥后的混合物置于管式炉中，在惰性气氛下升温至600～800℃煅烧2h，所得产物依次经过盐酸、双氧水和去离子水洗涤，真空干燥，得到富氧中空管状多孔炭。

优选的，步骤(1)中升温速率为5℃/min。

优选的，步骤(2)中所述干燥温度为100～110℃，干燥时间为10～12h。

优选的，步骤(2)中升温速率为3℃/min。

优选的，步骤(3)中所述真空干燥温度为80～100℃，干燥时间为10～12h。

优选的，步骤(1)中悬铃木无籽果毛通过以下处理得到：将悬铃木果球剥开得到带籽的果毛，带籽的果毛经除籽、清洗、干燥处理即得。

另一方面，本发明还提供上述制备方法制得的富氧中空管状多孔炭作为超级电容器电极材料应用。

将富氧中空管状多孔炭、乙炔黑和粘结剂聚四氟乙烯PTFE以85:10:5的质量比进行混合研磨，将得到的混合物置于泡沫镍集流体上，利用压片机制成直径为13mm的圆片电极。将电极片和隔膜按三明治样式组装成扣式对称超级电容器，研究其电化学性能。其中电容器的电解质为6M KOH。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明以悬铃木的果毛为碳材料前驱体，利用其天然的中空管状结构，通过高锰酸钾氧化，得到富氧中空管状多孔炭，可同时实现环境保护和节能减排的作用，提高了悬铃木果毛的附加值，具有广泛的应用前景；