一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法技术

一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，它属于活性炭制备领域。本发明专利技术要解决现有难以实现煤气化细灰的高值化利用，同时解决超级电容器用活性炭合成工艺复杂的问题。制备方法：一、HCl恒温酸洗；二、HF恒温酸洗；三、活化。本发明专利技术用于利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭。电容器用活性炭。电容器用活性炭。

【技术实现步骤摘要】
一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法


[0001]本专利技术属于活性炭制备领域。

技术介绍

[0002]煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的重要途径，近几年来已在我国得到了迅速发展。然而伴随着煤气化厂的大规模投产运行，煤气化细灰的产量也在迅速增加。并且由于缺乏有效的处理方法，截至目前煤气化细灰依旧采用堆存和填埋方法进行处理，这不仅造成了煤炭资源的浪费，也对生态环境造成了严重影响，正成为制约现代煤化工行业可持续发展的关键技术难题。
[0003]现有的煤气化细灰资源化利用多采用燃烧的方式。专利《一种高含水煤气化细灰渣直接燃烧的装置及方法》(专利号为202111496300.X、申请公开日：2021年12月9日、申请公布号：CN114046505A)利用空气预热装置将空气加热到300℃，使得含水31％～55％的煤气化细灰在焚烧炉中直接燃烧，但该处理方法不利于实现煤气化细灰的高值化利用。为解决这一问题，现需要一种煤气化细灰的高值化处理技术，以推动煤气化细灰的大规模资源化处理。
[0004]煤气化细灰有粒度细、孔隙率高的特点，具有作为超级电容器活性炭原材料使用的潜力。同时，目前由于超级电容器用活性炭存在合成工艺复杂、成本高、产量低、材料电化学性能受设备条件影响大等问题。为解决以上问题，国内外科研工作者利用废弃物或者廉价原材料制备了超级电容器用活性炭。专利《一种基于柚子皮制备超级电容器用生物质多孔碳的方法》(专利号为202110437801.4、公开公开日：2021年7月30日、申请公布号：CN113184848A)将柚子皮经过粉碎、高温水热碳化、氯化锌活化等步骤制备得到比电容为132F/g的超级电容器活性炭。专利《一种基于生物质厌氧干发酵后沼渣活性炭制备超级电容器的方法》(专利号为201711045392.3、公开公开日：2018年1月30日、申请公布号：CN107644742A)采用生物质发酵后沼渣为原材料经过洗涤干燥、500℃碳化、氢氧化钾活化制备得到比电容为208F/g活性炭。生物质虽然产量丰富价格便宜，但都需要进行碳化过程。专利《一种制备超级电容器活性炭的方法》(专利号为 201810251425.8、公开公开日：2018年6月15日、申请公布号：CN108163855A)经过氢氧化钾高温熔融、氢氧化钾石油焦混合活化、酸洗、水洗制备得到比电容达到152F/g 的活性炭，但由于需在活化前保证氢氧化钾处于熔融状态，使得步骤繁琐复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决现有难以实现煤气化细灰的高值化利用，同时解决超级电容器用活性炭合成工艺复杂的问题，进而提供一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法。
[0006]一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，它是按以下步骤进行的：
[0007]一、将煤气化细灰加入到HCl溶液中恒温酸洗，然后抽滤、洗涤并干燥，得到恒温酸
洗后的产物；
[0008]二、将恒温酸洗后的产物加入到质量百分数为5％～40％的HF溶液中，在温度为 30℃～80℃的条件下，恒温1h～4h，然后抽滤、洗涤并干燥，得到残碳样品；
[0009]所述的恒温酸洗后的产物与质量百分数为5％～40％的HF溶液的质量比为1:(2～5)；
[0010]三、将残碳样品活化，然后依次冷却、酸洗、抽滤、洗涤及干燥，即得到超级电容器用活性炭。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术以煤气化细灰为原材料，利用煤气化细灰产量大、残碳孔隙发达的特征，通过本专利技术所获得的超级电容器用活性炭孔隙丰富、比表面积大、比电容较高。首先通过 HCl
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HF联合酸洗对煤气化细灰中金属氧化物、二氧化硅和硅酸盐等矿物进行了脱除，实现了残碳回收。然后通过将残碳样品活化，得到具有超高比表面积的活性炭产品。本专利技术利用煤气化细灰中残碳自身的多孔结构，通过活化剂在残碳颗粒表面的刻蚀反应产生了大量的孔隙结构。与传统活性炭制备工艺相比，本专利技术中所用活化方法无需碳化过程。最终所得活性炭产品的比表面积高达1200m2/g～2290m2/g。以比表面积最高的样品为例，其表现出较好的电容特性、倍率性能和循环特性。在10A/g的电流密度下循环10000次后，该材料的电容保持率达到了128.7％，电容值为135.56F/g。本专利技术在实现煤气化细灰高值化利用的同时，活化工艺更为简化，成本更低。
[0013]本专利技术制备过程与传统工艺相比，本专利技术无需碳化和预热过程(可将其直接置于 500℃～1000℃的条件下进行活化)，降低了原料成本，大大简化了制备工艺。这不仅能够为企业带来更多的经济效益和社会效益，同时对于推动可再生能源发展、助力“碳达峰、碳中和”目标的实现，以及提高煤炭资源利用率具有重大的意义。
附图说明
[0014][0015]图1为以D
‑8‑
5活性炭样品制备的三电极电池恒电流充放电测试图，1为0.5A/g，2 为1A/g，3为5A/g，4为10A/g，5为20A/g；
[0016]图2为以D
‑8‑
5活性炭样品制备的三电极电池在10A/g电流密度下循环10000次的循环稳定性测试图，1为电容保持率，2为比容值。
具体实施方式
[0017]具体实施方式一：本实施方式一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，它是按以下步骤进行的：
[0018]一、将煤气化细灰加入到HCl溶液中恒温酸洗，然后抽滤、洗涤并干燥，得到恒温酸洗后的产物；
[0019]二、将恒温酸洗后的产物加入到质量百分数为5％～40％的HF溶液中，在温度为 30℃～80℃的条件下，恒温1h～4h，然后抽滤、洗涤并干燥，得到残碳样品；
[0020]所述的恒温酸洗后的产物与质量百分数为5％～40％的HF溶液的质量比为1:(2～5)；
[0021]三、将残碳样品活化，然后依次冷却、酸洗、抽滤、洗涤及干燥，即得到超级电容器用活性炭。
[0022]本具体实施方式步骤一中将煤气化细灰加入到HCl溶液中恒温酸洗，进行金属氧化物等矿物的脱除；将恒温酸洗后的产物加入HF溶液中，对二氧化硅和硅酸盐等矿物进行脱除。
[0023]煤气化灰与现有专利中常用原材料不同，其经过气化过程，残碳具有丰富孔隙结构，因此为实现煤气化细灰的高值化利用，并推动其大规模资源化处理，本实施方式公开了一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法。
[0024]本实施方式的有益效果是：
[0025]本实施方式以煤气化细灰为原材料，利用煤气化细灰产量大、残碳孔隙发达的特征，通过本实施方式所获得的超级电容器用活性炭孔隙丰富、比表面积大、比电容较高。首先通过HCl
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HF联合酸洗对煤气化细灰中金属氧化物、二氧化硅和硅酸盐等矿物进行了脱除，实现了残碳回收。然后通过将残碳样品活化，得到具有超高比表面积的活性炭产品。本实施方式利用煤气化细灰中残碳自身的多孔结构，通过活化剂在残碳颗粒表面的刻蚀反应产生了大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、将煤气化细灰加入到HCl溶液中恒温酸洗，然后抽滤、洗涤并干燥，得到恒温酸洗后的产物；二、将恒温酸洗后的产物加入到质量百分数为5％～40％的HF溶液中，在温度为30℃～80℃的条件下，恒温1h～4h，然后抽滤、洗涤并干燥，得到残碳样品；所述的恒温酸洗后的产物与质量百分数为5％～40％的HF溶液的质量比为1:(2～5)；三、将残碳样品活化，然后依次冷却、酸洗、抽滤、洗涤及干燥，即得到超级电容器用活性炭。2.根据权利要求1所述的一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，其特征在于步骤一中所述的恒温酸洗具体是将煤气化细灰加入到质量百分数为5％～20％的HCl溶液中，然后在温度为30℃～80℃的条件下，恒温酸洗1h～4h；所述的煤气化细灰与质量百分数为5％～20％的HCl溶液的质量比为1:(2～5)。3.根据权利要求1所述的一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，其特征在于步骤一、步骤二及步骤三中所述的洗涤具体为以蒸馏水为洗涤液，冲洗至洗涤液为中性。4.根据权利要求1所述的一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，其特征在于步骤三中所述的酸洗具体为利用质量百分数为10％～15％的稀盐酸清洗1h～6h。5.根据权利要求1所述的一种利用煤气化细灰制备超级电容器用活性炭的方法，其特征在于步骤三中所述的活化具体是将残碳样品与活化剂混合均匀，再在特定气氛及温度为500℃～1000℃的条件下，活化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智超，田晓东，侯建，李争起，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：