一种超低灰煤基电容炭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低灰煤基电容炭的制备方法，包括(1)将原料无烟煤粉碎然后筛分，得到筛下物煤粉；(2)向所得煤粉中加入酸和分散剂进行反应处理，然后对反应产物进行固液分离、洗涤和干燥，得到酸处理煤；(3)将所得酸处理煤活化处理，得到活化料；(4)向所得活化料中加入水和络合剂，然后在超声条件下进行电泳处理；和(5)将步骤(4)所得产物经固液分离、洗涤并干燥得到煤基电容炭。本发明专利技术得到的电容炭具有大的比表面积，超低的灰分，可直接作为产品，也可根据生产要求做成电极材料应用于储能领域。煤基电容炭用作电极材料时，表现出高的比电容，良好的倍率特性。良好的倍率特性。良好的倍率特性。

【技术实现步骤摘要】
一种超低灰煤基电容炭的制备方法


[0001]本专利技术涉及煤基碳材料领域，尤其涉及一种超低灰煤基电容炭的制备方法。

技术介绍

[0002]煤基电容炭的灰分几乎全部来自原料煤,灰成分主要有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等。灰分对煤基电容炭的制造过程及产品的性能产生很大的影响。在制造过程中，灰分中多数无机质对活化过程中的造孔有一定的影响，特别是比表面积方面；煤基电容炭灰分过高，对其在电极材料的应用很受限，会影响电极材料的比电容值的大小。在制备煤基电容炭过程中常见的脱灰方法有直接酸洗脱灰，或者酸碱混合脱灰等。然而由于加酸碱脱灰反应完毕进行洗涤时，会出现一层油膜，油膜中还存在一些未反应的煤以及其他的杂质，这会对最终灰分的结果产生不良的影响。还存在采用常见的脱灰方法处理，一些金属离子无法去除，对整个电极材料的性能有影响。
[0003]另外，现有专利技术多以木质、稻壳等生物质材料为原料制备超级电容炭，通过论文可以查到。而现有的超级电容炭多以烟煤、无烟煤为原料制备，则多是简单的采用酸碱脱灰技术和常规炭活化工艺，制备的超级电容炭灰分高，电容性能较差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超低灰煤基电容炭的制备方法，以便成功制备出高性能的煤基电容炭，可以用于电极材料或者直接作为产品。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种超低灰煤基电容炭的制备方法，其中，所述制备方法包括如下步骤：
[0007](1)将原料无烟煤粉碎然后筛分，得到筛下物煤粉；
[0008](2)向所得煤粉中加入酸和分散剂进行反应处理，然后对反应产物进行固液分离、洗涤和干燥，得到酸处理煤；
[0009](3)将所得酸处理煤活化处理，得到活化料；
[0010](4)向所得活化料中加入水和络合剂，然后在超声条件下进行电泳处理；和
[0011](5)将步骤(4)所得产物经固液分离、洗涤并干燥得到煤基电容炭。
[0012]根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(1)中的筛分为多级筛分，多级筛分后所得筛下物煤粉的粒度小于400目(也即可以通过400目的泰勒标准筛)，比如依次通过200目筛、300目筛和400目筛。
[0013]根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(2)中，向所得煤粉中加入酸和分散剂进行反应处理时分两步进行，其中第一步为加入氢氟酸和分散剂进行反应处理，第二步为进一步加入盐酸和硫酸中的一种以及分散剂进行反应处理。
[0014]根据本专利技术的制备方法，优选地，在第一步和第二步中，酸的加入量与煤粉的质量比为2:1
‑
6:1，比如3：、4:1或5:1；本领域技术人员理解，在第一步和第二步中的酸为酸溶液，其中酸的浓度可以为20
‑
30wt％。
[0015]根据本专利技术的制备方法，优选地，在第一步和第二步中，所述分散剂的加入量为煤粉质量的0.2
‑
2wt％，比如0.5wt％、1wt％或1.5wt％。
[0016]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述分散剂为乙醇、聚乙烯蜡、聚乙二醇、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
[0017]根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(4)中，在超声下进行电泳处理时，超声处理的频率均为25KHz～60KHz，功率为150W～240W。电泳处理为本领域所熟知，比如电泳电压可以设置5
‑
25v，比如10、15或20v。
[0018]根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(4)中，所述络合剂的加入量为煤粉质量的5
‑
20wt％，比如10wt％或15wt％。所述络合剂选自EDTA、三聚磷酸钠、草酸、磺基水杨酸、乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐、次氨基三乙酸二钠中的至少一种。
[0019]在本专利技术的步骤(3)中，活化处理为本领域所熟知，活化处理时，可以采用KOH作为活化剂，在氮气气氛下于750
‑
900℃进行活化处理60
‑
90min。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0021](1)相比常规直接将煤筛分到固定的目数，本专利技术采用多次分级筛分煤，确保无烟煤的粒径保持均匀的颗粒大小以及后续煤与酸充分进行反应；
[0022](2)本专利技术在酸化处理过程中采用分散剂与顺序酸联合处理，由于直接酸化过程中会出现一层油膜，油膜中含有大量影响灰分的杂质。分散剂和顺序酸联合处理的优势在于既可以通过分散剂去除油膜中影响灰分的杂质保证酸液与煤的充分接触，又可以通过酸化降低灰分；
[0023](3)本专利技术采用的络合剂和分散剂价格低廉，且易被后续工艺分离，无二次污染，绿色环保；
[0024](4)本专利技术制备的超低灰分煤基电容炭通过多步脱灰，深层次脱灰实现超低的灰分，同时具有较大的比表面积和孔径，促进离子的快速迁移和电荷的传输；
[0025](5)本专利技术制备的一种超低灰分煤基电容炭用作电极材料时，有高的比电容，良好的倍率特性。在电流密度为0.5A
·
g
‑1下比电容可达到368F
·
g
‑1，在电流密度为100A
·
g
‑1下比电容可达到127.5F
·
g
‑1。对其比表面积进行测试发现，该超低灰分煤基电容炭的比表面积可达2419.52m2/g综上所述，本专利技术制得的超低灰分煤基电容炭具有超低的灰分及良好的电化学性能和化学稳定性，在超级电容器、电催化、物质传输、光电功能等领域具有很好的应用前景。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1制备的煤粉的SEM图，放大倍数为10000倍。
[0027]图2为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭图的SEM图，放大倍数为3000倍。
[0028]图3为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭的XRD图。
[0029]图4为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭的拉曼图。
[0030]图5为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭的氮气
‑
吸脱附曲线图。
[0031]图6为本专利技术实施例1中制备的超低灰分煤基电容炭的孔径分布曲线图。
[0032]图7为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭在不同扫速下的循环伏安曲线。
[0033]图8为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭在不同电流密度下的恒流充放
电曲线。
[0034]图9为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭的倍率特性曲线。
[0035]图10为本专利技术实施例1制备的超低灰分煤基电容炭的电化学阻抗图。
具体实施方式
[0036]下面结合实施例和附图，对本专利技术予以进一步的说明，但本专利技术不限于所列出的实施例，还应包括在本专利技术申请所附权利要求书定义的技术方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低灰煤基电容炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将原料无烟煤粉碎然后筛分，得到筛下物煤粉；(2)向所得煤粉中加入酸和分散剂进行反应处理，然后对反应产物进行固液分离、洗涤和干燥，得到酸处理煤；(3)将所得酸处理煤活化处理，得到活化料；(4)向所得活化料中加入水和络合剂，然后在超声条件下进行电泳处理；和(5)将步骤(4)所得产物经固液分离、洗涤并干燥得到煤基电容炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的筛分为多级筛分，多级筛分后所得筛下物煤粉的粒度小于400目。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，向所得煤粉中加入酸和分散剂进行反应处理时分两步进行，其中第一步为加入氢氟酸和分散剂进行反应处理，第二步为进一步加入盐酸和硫酸中的一种以及分散剂进行反应处理。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在第一步和第二步中，酸的加入量与煤粉的质量比为2:1
‑
6:1。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在第一步和第二步中，所述分散剂的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学振，杨光明，熊善新，朱长勇，李振，魏英华，汪晓琴，徐迎节，刘健，周亚北，杨超，周安宁，李静伟，张振武，方媛，高静，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：