一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法技术

本发明专利技术提供一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法，涉及电极材料领域，包括以下步骤：(1)制备木质素粉体；(2)制备木质素酚醛树脂；(3)将木质素酚醛树脂加入到平板硫化剂上模压成型，得到胚体，超临界乙醇‑CO

Preparation of activated carbon foams for electrode materials of supercapacitors

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法
本专利技术涉及电极材料领域，具体涉及一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法。
技术介绍
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。自从1879年Helmholtz提出双电层模型后，人们开始以导电多孔炭材料作为电极来存储电荷。泡沫炭是一种以碳原子为骨架的多孔高分子材料，其具有耐腐蚀、耐高温、密度小、比表面积大、热导率和电导率可调等优点,可用于制备吸附材料、电极材料、储热材料、催化剂载体、绝热材料及吸波材料等。它除具有炭材料的常规性能外，泡沫炭还具有密度小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能，通过与金属复合，可以获得高导电性能的电极材料。中国专利CN105551820A提供了一种超级电容器电极材料及其制备方法。该电极材料是由石墨烯表面负载聚1-氨基蒽醌复合而成。制备工艺主要是将涂覆有石墨烯的工作电极置入含有1-氨基蒽醌单体和高氯酸盐的无氧电解液中，在工作电极上进行电化学聚合形成聚1-氨基蒽醌薄膜，得到石墨烯修饰的聚1-氨基蒽醌复合电极材料，经洗涤、干燥，即得超级电容器电极材料。该专利技术制备得到的超级电容器电极材料具有结构稳定、化学性质稳定、电化学性能优异、循环性能好以及比电容量高等优点，在超级电容器电极材料中具有很大的应用潜力，并且制备方法简单，具有可控性强、无外加助剂以及效率高等优点。中国专利CN104036973A提供了一种超级电容器用富氮泡沫炭电极材料及其制备方法，采用酸处理后的泡沫镍为辅助模板，以氰酸酯为原料，经过预聚、浇注成型、固化、炭化、模板去除工艺制得超级电容器用富氮泡沫炭电极材料。本专利技术制得的泡沫炭材料孔径均匀、氮含量高、导电性好、孔隙率和开孔率高、强度高；同时其比容量高，循环性能好；且无需发泡工艺、可实现复杂结构成型。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将水葫芦洗净粉碎过80目筛干燥后加入到正己烷-丙酮混合溶液中，回流脱脂处理8-12h，抽滤后烘箱烘干加入到苯乙醇中升温至40-45℃浸渍处理2-5h再放入烘箱中烘干，用盐酸调节二氧六环-水混合溶液的pH至4.5-5.5，再将烘干后的水葫芦粉体加入，搅拌加热至50-60℃提取15-20h后过滤，加入乙醇溶液室温搅拌5-10h后过滤，滤液减压浓缩至呈粘稠状，加入稀硫酸后搅拌10-30min，5-10℃静置20-40min后析出固体，抽滤，固体烘干研磨，得到木质素粉体；(2)将木质素粉体、甲醛、三乙胺混合搅匀后升温回流反应1-3h，自然降温至60-65℃，将苯酚、聚乙烯醇、十八醇加入，再升温至回流反应1-3h后自然降温至70-75℃，加入HMTA，再升温至回流反应4-8h，自然降温至室温加入稀盐酸调节体系pH至1-2，升温至30-40℃反应1-3h后加入去离子水，1000-1200r/min搅拌20-40min，抽滤，干燥后得到木质素酚醛树脂；(3)将木质素酚醛树脂加入到平板硫化剂上模压成型，得到胚体，将胚体用适量乙醇浸渍1-5h后取出置于高压釜内，再加入适量乙醇将其没过，打开气瓶通入CO2并同时升温，至反应釜内温度为80-100℃，压力为22-25MPa，保温保压一段时间后打开泄压阀门，迅速泄压，将胚体取出；(4)将胚体浸入质量浓度为15-20％的硝酸银溶液中5-10min，取出后90-95℃干燥10-20h，将抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮加入到去离子水中，升温至60-65℃搅拌30-50min后，再将胚体浸入5-15min，取出后去离子水冲洗至中性，再用乙醇浸泡20-30min，取出放入管式炉中氮气保护下进行炭化处理，一次升温至350-380℃，保温1-5h，再二次升温至800-900℃，保温2-4h，最后随炉空冷至室温即可得到所述活性泡沫炭。优选地，步骤(1)中正己烷-丙酮混合溶液中正己烷、丙酮的质量比为1-5:1-5。优选地，步骤(1)浸渍处理浸渍处理时水葫芦粉体与苯乙醇的固液质量比为1：6-12。优选地，步骤(1)中二氧六环-水混合溶液中二氧六环、水的质量比为10-18:1。优选地，步骤(1)中乙醇溶液的质量份数为90-98％。优选地，步骤(3)中模压成型的温度为80-100℃，压力为1.5-2MPa。优选地，步骤(3)中乙醇浸渍温度为30-50℃。优选地，步骤(3)中保温保压时间为10-15min。优选地，步骤(4)中抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水的质量比为15-20：1：250-300。优选地，步骤(4)中一次升温速度为20-30℃/min，二次升温速度为10-15℃/min。(三)有益效果本专利技术提供了一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法，具有以下有益效果：水葫芦属于外来生物，对生态平衡与环境安全造成威胁，资源化利用是解决水葫芦问题的根本方法，本专利技术中对水葫芦中的木质素粉体进行提取，所提取的水葫芦木质素粉体的完整性好，提取率高，孔隙结构较为发达，作为原料较为廉价，是一种优良的泡沫炭制备原料，而且其分子中含有大量苯丙烷基结构单元,在三乙胺催化剂作用下会与甲醛反应形成大量酚类衍生物,提高反应活度和吸附性能，也能够减少苯酚的用量，另外，相比于传统的利用发泡剂进行发泡，本专利技术采用超临界乙醇-CO2复合发泡的方法，更加简单方便，便于操作，所形成的孔隙均匀丰富，由于发泡过程中超临界乙醇的作用，使孔隙内壁富含羟基、羧基等活性基团，提高了对银粒子的负载吸附能力，以抗坏血酸为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为保护剂，将硝酸银溶液中的银离子还原，得到吸附于活性泡沫炭内部孔隙的粒径≤300nm的银粒子，本专利技术所制备的活性泡沫炭孔隙率高，孔径均匀，比表面积高达18000cm2·g-1以上，电导率达到2660S·cm-1以上适合作为超级电容器的电极材料使用。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将水葫芦洗净粉碎过80目筛干燥后加入到正己烷-丙酮混合溶液中，回流脱脂处理8-12h，抽滤后烘箱烘干加入到苯乙醇中升温至40-45℃浸渍处理2-5h再放入烘箱中烘干，用盐酸调节二氧六环-水混合溶液的pH至4.5-5.5，再将烘干后的水葫芦粉体加入，搅拌加热至50-60℃提取15-20h后过滤，加入乙醇溶液室温搅拌5-10h后过滤，滤液减压浓缩至呈粘稠状，加入稀硫酸后搅拌10-30min，5-10℃静置20-40min后析出固体，抽滤，固体烘干研磨，得到木质素粉体；/n(2)将木质素粉体、甲醛、三乙胺混合搅匀后升温回流反应1-3h，自然降温至60-65℃，将苯酚、聚乙烯醇、十八醇加入，再升温至回流反应1-3h后自然降温至70-75℃，加入HMTA，再升温至回流反应4-8h，自然降温至室温加入稀盐酸调节体系pH至1-2，升温至30-40℃反应1-3h后加入去离子水，1000-1200r/min搅拌20-40min，抽滤，干燥后得到木质素酚醛树脂；/n(3)将木质素酚醛树脂加入到平板硫化剂上模压成型，得到胚体，将胚体用适量乙醇浸渍1-5h后取出置于高压釜内，再加入适量乙醇将其没过，打开气瓶通入CO...

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器电极材料用活性泡沫炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水葫芦洗净粉碎过80目筛干燥后加入到正己烷-丙酮混合溶液中，回流脱脂处理8-12h，抽滤后烘箱烘干加入到苯乙醇中升温至40-45℃浸渍处理2-5h再放入烘箱中烘干，用盐酸调节二氧六环-水混合溶液的pH至4.5-5.5，再将烘干后的水葫芦粉体加入，搅拌加热至50-60℃提取15-20h后过滤，加入乙醇溶液室温搅拌5-10h后过滤，滤液减压浓缩至呈粘稠状，加入稀硫酸后搅拌10-30min，5-10℃静置20-40min后析出固体，抽滤，固体烘干研磨，得到木质素粉体；
(2)将木质素粉体、甲醛、三乙胺混合搅匀后升温回流反应1-3h，自然降温至60-65℃，将苯酚、聚乙烯醇、十八醇加入，再升温至回流反应1-3h后自然降温至70-75℃，加入HMTA，再升温至回流反应4-8h，自然降温至室温加入稀盐酸调节体系pH至1-2，升温至30-40℃反应1-3h后加入去离子水，1000-1200r/min搅拌20-40min，抽滤，干燥后得到木质素酚醛树脂；
(3)将木质素酚醛树脂加入到平板硫化剂上模压成型，得到胚体，将胚体用适量乙醇浸渍1-5h后取出置于高压釜内，再加入适量乙醇将其没过，打开气瓶通入CO2并同时升温，至反应釜内温度为80-100℃，压力为22-25MPa，保温保压一段时间后打开泄压阀门，迅速泄压，将胚体取出；
(4)将胚体浸入质量浓度为15-20％的硝酸银溶液中5-10min，取出后90-95℃干燥10-20h，将抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮加入到去离子水中，升温至60-65℃搅拌30-50min后，再将胚体浸入5-15min，取出后去离子水冲洗至中性，再用乙醇浸泡20-30min，取出放入管式炉中氮气保护下进行炭化处理，一次升温至350-380℃，保温1...

【专利技术属性】
技术研发人员：强银银，
申请(专利权)人：安徽峰创云通数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34