一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及储能材料技术领域，为解决传统生物质活性炭材料杂质较高、孔结构不可调控的问题，提供了一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用，所述生物质活性炭材料以葵花籽壳为原料，经清洗、干燥、炭化、粉碎、活化后，清洗干燥后制得。本发明专利技术的生物质多孔活性炭材料比表面积大、孔径可调控，满足超级电容器和铅炭电池的需求，作为铅炭电池负极添加剂，可以显著改善负极硫酸盐化、延长电池的循环寿命；制备方法原料易得，来源丰富，成本低，步骤简单，便于工业化生产。

A porous activated carbon material of biomass and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用
本专利技术涉及储能材料
，尤其涉及一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用。
技术介绍
活性炭按照原材料的不同分为生物质活性炭、煤质活性炭和石油基活性炭等几种，因比表面积大、孔隙发达、价廉等特性而在国民经济的诸多领域得到应用。活性炭的活化方法主要有化学活化法、物理活化法。化学活化法就是将各种碳源和药品均匀混合后，于一定温度下，进行炭化、活化、漂洗、烘干等过程。一般的活化药品为强碱或者硫酸、磷酸等，能耗低，但是化学药剂的污染严重，工艺耗时久。物理活化法是将炭化的原料和水蒸气、氮气、二氧化碳等在高温下混合，继而进行活化反应的过程，工艺相对简单些，产品比表面积高，孔隙结构也发达，但是存在工艺时间久、能耗高、还具有一定的成分污染。活性炭作为储能材料的应用具有很好的应用前景，主要在双电层电容器和铅炭电池方面。铅炭电池负极中添加活性炭主要是抑制负极硫酸钠盐化，延长电池的循环寿命，同时其对活性炭的性能要求也较高，需要高比表面积，可调控的孔容孔径结构，同时杂质含量要在规定范围内。那么生物质基活性炭因来源丰富、成本低廉、同时制备工艺简单可控，具体很好的研究和应用价值。目前生物基活性炭在铅炭电池中应用比较广泛的为稻壳基和椰壳基，其比表面积可达2000m2/g，中国专利文献上公开了“一种生物质基活性炭的制备方法”，申请公布号为CN109179410A，该专利技术制备所得稻壳基活性炭的比表面积高达2094.15m2/g，且活性炭表面具有丰富的孔径结构。将此稻壳基活性炭用于苯系物的吸附脱除，其脱除率高达80.2％。但是，但该专利技术制得的生物质基活性炭杂质较多、孔结构不可调控，且制备工艺相对复杂，生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术为了克服传统生物质活性炭材料杂质较高、孔结构不可调控的问题，提供了一种杂质含量少、孔结构可定向调控的生物质多孔活性炭材料。本专利技术还提供了一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，该方法原料易得，来源丰富，成本低，工艺步骤简单，便于工业化生产。本专利技术还提供了一种生物质活性炭材料在铅炭电池和超级电容器中的应用。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种生物质多孔活性炭材料，所述生物质活性炭材料以葵花籽壳为原料，经清洗、干燥、炭化、粉碎、活化后，清洗干燥后制得。本专利技术所述生物质多孔活性炭材料采用的炭源为葵花子壳，葵花子壳难以经济化利用，原料来源丰富，成本低廉，与煤基、石油基活性炭相比，杂质含量低，成本低。一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将葵花籽壳于去离子水中清洗，干燥；干燥温度30～80℃，干燥时间为10～48h；(2)将步骤(1)处理过的葵花籽壳进行炭化处理；(3)将步骤(2)处理过的葵花籽壳进行研磨处理，得到葵花籽壳粉；(4)在葵花籽壳粉中加入活化剂，于惰性气体中进行活化处理，然后经去离子水清洗、干燥后制得生物质多孔活性炭材料。干燥之前，需要将活化后的活性炭清洗过滤至中性。作为优选，步骤(2)中，炭化处理温度为200～500℃，炭化处理时间为1～4h。炭化温度的高低会影响后续材料的电容性，炭化温度过低，会导致电容值过小。作为优选，步骤(3)中，所述葵花籽壳粉的粒度为40～60目。作为优选，步骤(4)中，所述活化剂为碱性活化剂或酸性活化剂；活化处理的温度为600～1300℃，活化时间为0.5～2h。活化温度的不同会产生不同比表面积的活性炭材料，活化温度越高，比表面积越大。作为优选，所述碱性活化剂的添加量为碱碳质量比1：(1～20)；所述碱性活化剂选自氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、碳酸钾和碳酸钠中的一种或几种。碱碳质量比指的是碱性活化剂与葵花籽壳粉的质量比。作为优选，所述酸性活化剂选自硫酸、磷酸、多聚磷酸和硼酸中的一种或几种；所述酸性活化剂的浓度为2～50wt％。作为优选，步骤(4)中，所述惰性气体选自氮气、氩气和氦气中的一种。作为优选，步骤(4)中，活化处理之前，先加入去离子水进行浸泡处理；当活化剂为碱性活化剂时，浸泡时间为0.5～4h；当活化剂为酸性活化剂为，浸泡时间为1～12h。在活化处理之前，浸泡的作用使活化剂与炭化后的材料充分混合在一起，浸泡时间会对后续材料的孔容孔径产生影响。浸泡时间久可能会导致孔径较大。作为优选，步骤(4)中，活化处理的升温速率控制在3～5℃/min，优选4℃/min。升温速率决定最终产品的孔结构，该升温速率范围内有利于形成有序的孔隙结构，实现产品孔结构的可定向调控。一种生物质多孔活性炭材料在铅炭电池和超级电容器中的应用。本专利技术以葵花子壳为原料，制备的生物质多孔活性炭材料比表面积、孔径可调控，能够满足超级电容器和铅炭电池的需求。作为优选，所述生物质多孔活性炭材料按照以下配方，进行和膏、涂板、固化，制备铅炭电池：铅粉1000份，短纤维1.1份，炭黑1.5～6份，活性炭2～60份，硫酸钡5～30份，木素1～10份，硫酸55～60份，纯水140～160份。本专利技术的生物质多孔活性炭材料作为铅炭电池负极添加剂，按照上述配方配比，可以显著改善负极硫酸盐化、延长电池的循环寿命。因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)采用的炭源为葵花子壳，葵花子壳难以经济化利用，原料来源丰富，成本低廉，杂质含量低；(2)本专利技术的生物质多孔活性炭材料比表面积大、孔径可调控，满足超级电容器和铅炭电池的需求，作为铅炭电池负极添加剂，可以显著改善负极硫酸盐化、延长电池的循环寿命；(3)制备方法原料易得，来源丰富，成本低，步骤简单，便于工业化生产。附图说明图1是实施例1制得的生物质多孔活性炭材料的SEM图。图2是实施例2制得的生物质多孔活性炭材料的SEM图。图3是实施例1(a)和实施例2(b)制得的生物质多孔活性炭材料的XRD谱图。图4是实施例1制得的铅炭电池在10mv/s扫描速率下的CV曲线。图5是实施例1(a)和对比例5(b)制得的铅炭电池的电池循环寿命曲线。图6是实施例1制得的生物质多孔活性炭材料的等温吸脱附曲线。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在本专利技术中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。实施例1(1)将葵花子壳用去离子水清洗3次以后，过滤，置于40℃条件下干燥12h；(2)将干燥后的样品置于高温炉中，300℃炭化2h，冷却后取出；(3)将样品研磨，得到粒度为50目的葵花籽壳粉；(4)称取葵花籽壳粉20g，按照碳：碱的质量比为1：3，加入60g氢氧化钾，然后加入500g去离子水，浸泡2h，然后置于高温炉氮气氛围中，按照4℃/min的升温速率升温到950℃，保温1h，自然降至室温，然后采用去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质多孔活性炭材料，其特征在于，所述生物质活性炭材料以葵花籽壳为原料，经清洗、干燥、炭化、粉碎、活化后，清洗干燥后制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质多孔活性炭材料，其特征在于，所述生物质活性炭材料以葵花籽壳为原料，经清洗、干燥、炭化、粉碎、活化后，清洗干燥后制得。


2.一种如权利要求1所述的生物质多孔活性炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将葵花籽壳于去离子水中清洗，干燥；
(2)将步骤(1)处理过的葵花籽壳进行炭化处理；
(3)将步骤(2)处理过的葵花籽壳进行研磨处理，得到葵花籽壳粉；
(4)在葵花籽壳粉中加入活化剂，于惰性气体中进行活化处理，然后经去离子水清洗、干燥后制得生物质多孔活性炭材料。


3.根据权利要求2所述的一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，炭化处理温度为200～500℃，炭化处理时间为1～4h。


4.根据权利要求2所述的一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述葵花籽壳粉的粒度为40～60目。


5.根据权利要求2所述的一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述活化剂为碱性活化剂或酸性活化剂；活化处理的温度为600～1300℃，活化时间为0.5～2h；活化处理的升温速率控制在3～5℃/min。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈理，黄伟国，刘孝伟，徐志彬，吴永新，
申请(专利权)人：超威电源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33