一种蒜皮基超级活性炭的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于超级活性炭制备技术领域，尤其涉及一种蒜皮基超级活性炭的制备方法及其应用；所述方法包括如下步骤：(1)将蒜皮原料破碎筛分后进行盐酸水浴加热预处理，得到改性蒜皮；(2)以所述改性蒜皮为碳源，将其制备成活性炭，即得。本发明专利技术在蒜皮基活性炭的制备过程中引入盐酸预处理工艺，该方法能够有效去除蒜皮所含的内源矿物质，优化蒜皮基活性炭孔隙结构，提升蒜皮基超级活性炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。

Preparation and application of garlic based super activated carbon

【技术实现步骤摘要】
一种蒜皮基超级活性炭的制备方法及其应用
本专利技术属于超级活性炭制备
，尤其涉及一种蒜皮基超级活性炭的制备方法及其应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。超级电容器是一种性能介于传统电容器和电池之间的储能器件，具有充放电速度快，工作温度范围广，循环寿命长，功率密度高的优点。目前在航天航空、电子信息、交通运输方面具有重要的应用。电极材料作为超级电容器的重要组成部分，对超级电容器的电化学性能有决定性影响。常规活性炭的比表面积一般在300m2/g～1700m2/g之间，比表面积高达2500m2/g以上的活性炭称为超级活性炭。超级活性炭有较高的比表面积，丰富的孔隙结构，是具有大孔、介孔、微孔相结合的多孔碳材料，可以有效的为电解液中的离子传输提供通道，促进离子的自由扩散，是一种优秀的超级电容器电极材料。活性炭由于成本低廉、化学性能稳定、孔结构丰富、比表面积大、制备工艺简单的优点，是目前一种普遍使用的超级电容器电极材料。活性炭的原料来源众多，矿物质、生物质都可以作为原材料制备活性炭。其中生物质作为可再生能源，因其具有价格低廉，原材料易获取，自身具有天然的孔隙结构的优点，是一种制备活性炭的优选材料。传统的农林业生物质包括各种农作物秸秆、果核、果壳等，大多为农林业废弃物，故成本较低，且自身具有较好的孔隙结构，制备成活性炭大大提升了农林业废弃物的利用价值。目前利用生物质制备活性炭的研究很多，中国专利文献(公开号CN106241797A)公开采用了芦苇为原料，制备了比表面积2157m2/g，孔容为0.532cm3/g的优质活性炭，能够很好的吸附重金属离子。中国专利文献(公开号CN103539118A)公开采用了稻壳为原料，提供了一种超级电容器活性炭的制备方法。中国专利文献(公开号CN104803383A)公开采用了樟树叶制备超级电容器用活性炭的方法，通过简单的炭化，制备出适用于超级电容器的成品活性炭，实现了对林业废弃物樟树叶的利用，避免了焚烧处理带来的环境污染，提升了资源的利用效率。
技术实现思路
本专利技术人在长期的活性炭研究工作中发现：在保证生物质碳材料高比表面积和高孔容的前提下，进一步优化生物质碳材料的孔隙结构是进一步提高活性炭电化学性能的关键；而生物质由于其生长环境的原因，一般自身含有大量的内源矿物质，如K、Ca、Mg、Al。这些内源矿物质的存在，在生物质高温炭化活化过程中，对碳骨架存在催化作用，导致碳骨架稳定性降低，孔隙结构坍塌，制备过程中不利于孔结构的形成。目前的大多数研究中，并未去除生物质中含有的不利成分，都是直接利用生物质进行超级活性炭的制备，如果能够去除这些内源矿物质，可以有效的改善生物质活性炭的孔隙结构。为此，本专利技术提供了一种盐酸预处理改性蒜皮基超级活性炭的方法。本专利技术在蒜皮基活性炭的制备过程中引入盐酸预处理工艺，该方法能够有效去除蒜皮所含的内源矿物质，优化蒜皮基活性炭孔隙结构，提升蒜皮基超级活性炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。本专利技术第一目的，提供一种蒜皮基超级活性炭的制备方法。本专利技术第二目的，提供所述蒜皮基超级活性炭的制备方法的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开一种蒜皮基超级活性炭的制备方法，包括如下步骤：(1)将蒜皮原料破碎筛分后进行盐酸水浴加热预处理，得到改性蒜皮；(2)以所述改性蒜皮为碳源，将其制备成活性炭，即得。进一步地，步骤(1)中，所述盐酸预处理水浴处理的温度为20～80℃，时间为1～7h；可选地，盐酸浓度0.5～2mol/l。进一步地，步骤(1)中，将蒜皮粉碎筛分至粒径80～100目，保证预处理过程的均匀性。蒜皮基活性炭微孔含量丰富，但中孔含量较低，高的中孔含量有利于电容炭电化学性能的提升。本专利技术通过探索发现，蒜皮中所含的内源矿物质在碳化过程中会对碳骨架有催化作用，导致碳化后的蒜皮样品在活化时孔隙结构坍塌，不利于中孔的形成。在碳化前去除蒜皮所含内源矿物质可以有效的提升碳骨架的稳定性，并最终提升蒜皮基活性炭的中孔含量。通过进一步的研究，本专利技术发现：蒜皮含有的大量薄壁组织非常有利于盐酸进入蒜皮细胞中，然后与其中的内源矿物质充分反应，进而有效地去除蒜皮中的内源矿物质。本专利技术通过在制备活性炭之前利用蒜皮的生物质结构特点，不仅能够更加便捷、有效地去除的内源矿物质，提高蒜皮基活性炭碳骨架的稳定性；而且减少了蒜皮基活性炭活化完成后酸洗时盐酸的用量，获得更优质活性炭的同时降低成本。进一步地，步骤(2)中，将改性蒜皮制备成活性炭的工艺步骤为：步骤一：将改性蒜皮在保护气氛下进行碳化，得初步产物；步骤二：将初步产物与活化剂混合后在加热条件下浸渍，得浸渍产物；步骤三：将浸渍产物在在保护气氛下加热活化，得到活化产物；步骤四：将活化产物经过水洗、酸洗、水洗处理后干燥，制得活性炭。进一步地，步骤一中，所述碳化温度为400～700℃，碳化时间为2～3h；可选地，所述保护气氛为氮气或氩气。进一步地，步骤二中，所述活化剂包括碱类、酸类、盐类活化剂中的一种，如KOH。可选地，初步产物与活化剂的质量比为1：3～4。进一步地，步骤三中，所述活化的步骤为：先在低温活化温度为320～360℃低温活化30～40min，然后在780～820℃高温活化100～130min；可选地，所述保护气为氮气或氩气。进一步地，步骤四中，所述酸洗常用的酸溶液包括盐酸、硫酸、硝酸中的任意一种或多种。进一步地，步骤四中，所述酸洗、水洗的温度均为75～90℃。进一步地，步骤四中，所述干燥温度为100～120℃，时间为12～24h。再次，本专利技术公开所述蒜皮基超级活性炭的制备方法得到活性炭在超级电容器中的应用。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：(1)本专利技术制备得到的蒜皮基活性炭碳骨架稳定性提高，比表面积高达3325.2m2/g，可以提供更多能吸附电荷的活性位点，有利于提高超级电容器的能量密度。孔容高达1.881cm3/g，介孔含量高，是制备超级电容器的良好电极材料。(2)在固态电解质中，未进行预处理的蒜皮活性炭与经过盐酸预处理的蒜皮基活性炭在1A/g的电流密度下比电容分别为118F/g和180F/g，比表面积分别为2810.1m2/g、3325.2m2/g，提升幅度分别高达52.54％、18.33％，显著提升了蒜皮基活性炭的电化学性能。(3)本专利技术制备的活性炭可适用于各种电解液体系，且由于优秀的介孔含量，本专利技术制备的活性炭在大电流下也可以保持良好的双电层电化学性能。其次，本专利技术制备的活性炭比表面积高，孔容大，组装成得二电极体系双电层超级电容器具有较高的比电容、较小的等效串联电阻、较高的充放电效率，以及低的时间常数，特别是在高倍率下充放电具有较高的能量密度。(4)本专利技术采取的改性工艺简单，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒜皮基超级活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将蒜皮原料破碎筛分后进行盐酸水浴加热预处理，得到改性蒜皮；/n(2)以所述改性蒜皮为碳源，将其制备成活性炭，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种蒜皮基超级活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将蒜皮原料破碎筛分后进行盐酸水浴加热预处理，得到改性蒜皮；
(2)以所述改性蒜皮为碳源，将其制备成活性炭，即得。


2.如权利要求1所述的蒜皮基超级活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述盐酸预处理水浴处理的温度为20～80℃，时间为1～7h；优选地，盐酸浓度0.5～2mol/l。


3.如权利要求1所述的蒜皮基超级活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将蒜皮粉碎筛分至粒径80～100目，保证预处理过程的均匀性。


4.如权利要求1～3任一项所述的蒜皮基超级活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将改性蒜皮制备成活性炭的工艺步骤为：
步骤一：将改性蒜皮在保护气氛下进行碳化，得初步产物；
步骤二：将初步产物与活化剂混合后在加热条件下浸渍，得浸渍产物；
步骤三：将浸渍产物在在保护气氛下加热活化，得到活化产物；
步骤四：将活化产物经过水洗、酸洗、水洗处理后干燥，制得活性炭。


5.如权利要求4所述的蒜皮基超级活性炭的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩奎华，纪童童，张继刚，牛胜利，齐建荟，滕召才，李金晓，张晓峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37