松塔活性炭的制备方法及松塔活性炭技术

本发明专利技术公开了一种松塔活性炭的制备方法及松塔活性炭，涉及炭加工技术领域，现有技术中活性炭一般采用化学活化，污染环境，本方法包括：将松塔与辅助剂进行混合，得到第一混合物，所述松塔与辅助剂的混合比例为100：1

【技术实现步骤摘要】
松塔活性炭的制备方法及松塔活性炭


[0001]本专利技术涉及炭加工
，具体地涉及一种松塔活性炭的制备方法及松塔活性炭。

技术介绍

[0002]电容炭作为一种高附加值的炭材料，是活性炭领域的高端产品。其广泛应用于超级电容器、铅碳电池等新型储能器件，进而对接新能源汽车、风力发电、高铁、通讯基站、航空航天及军工等领域。电容炭在我国超级电容器和铅碳电池领域的市场份额分别约为85%、13%；电容炭生产工艺和配套设备条件严苛，尚未解决国产化的问题，对外依存度极高，是制约我国新型储能器具进一步发展的关键材料。
[0003]从全球来看，制备超级电容炭的原料可以分为三类，第一种是生物质，如市场占比较高的椰壳炭。第二类是矿物系，包括石油沥青和煤沥青等。第三类是酚醛树脂等高分子。活性炭制备分为两大部分，即活化和炭化。活化和炭化可以不同顺序进行，也可同时进行。根据活化、炭化的方式和使用的试剂不同，制备方法可以分为化学活化法和物理活化法。化学活化法是通过选择合适的活化剂，然后与原料混合后直接活化即可制得活性炭。按活化剂的不同可分为ZnCl2法、KOH法、H3PO4法。在我国，ZnCl2活化法是生产活性炭最主要的化学活化方法，主要以木屑为原料采用回转炉或平板法制备。H3PO4法活化所需的温度低，一般在300
‑
350℃，生产成本较低，美国工业生产活性炭多采用H3PO4法。物理活化法是将炭化材料在高温下用水蒸气、二氧化碳或氧气等氧化性气体与炭材料发生化学反应，使炭材料中的无序炭部分氧化刻蚀成孔，在材料内部形成发达的孔结构。
[0004]我国松科植物分布广泛，松塔是松科植物的种子，成熟后内有松籽，在松籽加工过程中产生了数量庞大、易于收集的废弃松塔。目前已有通过化学活化废弃松塔制备活性炭的相关工作。但化学活化对设备腐蚀性大，且污染环境，其制得的活性炭中残留化学药品活化剂，应用受到限制。目前还没有物理活化废弃松塔制备活性炭的相关工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种松塔活性炭的制备方法，采用低温物理方法进行制备，解决了化学方法制造的残留化学物的问题和污染环境的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种松塔活性炭的制备方法，包括：将松塔与辅助剂进行混合，得到第一混合物，所述松塔与辅助剂的质量混合比例为100：1
‑
20：1，所述辅助剂为过渡金属盐；将第一混合物在无氧环境以10℃ min
‑1的升温速率加热至热解温度进行热解，热解温度为400℃
‑
950℃，热解时间为 1 小时；将热解后的产物进行研磨和过筛，得到颗粒直径小于等于50毫米的热解炭材料；将热解炭材料中通入活化介质进行活化，活化以后以 10℃ min
‑1的速度降至室温，得到活性炭。
[0007]可选的，所述热解温度为400℃
‑
650℃。
[0008]可选的，所述无氧环境为真空或保护性气氛环境。
[0009]可选的，所述过渡金属盐为Co(NO3)2、Fe(NO3)3、Cr(NO3)3、H2PtCl6、Cu(NO3)2、Mn(NO3)2、AgNO3、Ni(NO3)2和Zn(NO3)2中的任意一种。
[0010]可选的，所述过渡金属盐为Co(NO3)2、Fe(NO3)3、Cr(NO3)3、H2PtCl6和Zn(NO3)2中的一种。
[0011]可选的，所述活化介质为水蒸气、氧气、二氧化碳中的一种或任意多种的混合物。
[0012]可选的，所述将热解碳材料中通入活化介质进行活化为：以 10 ℃ min
‑1的速率将温度调整至活化温度，活化温度为400℃
‑
700℃。
[0013]可选的，所述将热解碳材料中通入活化介质进行活化的时间为30
‑
300分钟。
[0014]可选的，所述活化介质与热解碳材料的质量比为2：1
‑
3.5:1。
[0015]另一方面，本专利技术提供了一种松塔活性炭，所述松塔活性炭由根据上述的松塔活性炭的制备方法制备得到。
[0016]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的松塔活性炭制备方法利用废弃物松塔热解得到的热解炭生产活性炭的同时产生可燃性气体（一氧化碳和氢气），实现了废弃物松塔的资源化、高值化利用，提高了经济效益，为废弃物松塔热解处理产业提供了新的发展空间；本专利技术提供的制备方法在实际应用过程中，不使用化学活化剂，采用水蒸气氧气、二氧化碳中的一种或任意多种作为活化介质，保护环境且减小对设备的腐蚀，提高设备的使用寿命，同时工艺流程简单，降低了投资成本，提高了生产效率，有利于工业化应用。
附图说明
[0017]图1为本专利技术提供的松塔活性炭制备方法的流程图；图2为实施例4中所制备的松塔衍生的活性炭材料的X射线光电子能谱全分析谱图；图3为实施例4中所制备的松塔衍生的活性炭材料的氮气吸脱附曲线图；图4为实施例4中所制备的松塔衍生的活性炭材料的X射线衍射仪谱图；图5为实施例4中所制备的松塔衍生的活性炭材料在298 K下对甲苯和甲醇的吸附等温线；图6为实施例4中所制备的松塔衍生的活性炭材料在1.0mol/L四氟硼酸四乙基铵/乙腈电解液中的循环伏安曲线；图7为实施例4中所制备的松塔衍生的活性炭材料和商用活性炭材料的比电容与放电电流密度的关系曲线。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0019]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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0021]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0022]以下提供具体的实施例和对比例对本专利技术提供的方法进行详细说明。
[0023]实施例1将松塔与Co(NO3)2按照20:1的比例混合后放在石英舟中后，将其转移至管式炉中；将管式炉温度在氮气气氛中以10℃ min
‑1的升温速率升至600℃，在该温度下高温炭化1h；高温炭化后，进行研磨和过筛，得到的热解炭材料的直径为20mm；将氮气气体切换成二氧化碳气体，二氧化碳气体与热解炭材料的质量比为2.5:1，同时将管式炉温度以10
。
C min
‑1的降温速率降至400℃，在二氧化碳气氛中活化1h。
[0024]然后以10℃ min
‑1的降温速率降至室温，得到活性炭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种松塔活性炭的制备方法，其特征在于，包括：将松塔与辅助剂进行混合，得到第一混合物，所述松塔与辅助剂的质量混合比例为100：1
‑
20：1，所述辅助剂为过渡金属盐；将第一混合物在无氧环境以10
ꢀ°
C min
‑1的升温速率加热至热解温度进行热解，热解温度为400℃
‑
950℃，热解时间为1小时；将热解后的产物进行研磨和过筛，得到颗粒直径小于等于50毫米的热解炭材料；将热解炭材料中通入活化介质进行活化，活化以后以10
°
C min
‑1的速度降至室温，得到活性炭。2.根据权利要求1所述的松塔活性炭的制备方法，其特征在于，所述热解温度为400℃
‑
650℃。3.根据权利要求1所述的松塔活性炭的制备方法，其特征在于，所述无氧环境包括真空或保护性气氛环境。4.根据权利要求1所述的松塔活性炭的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐为Co(NO3)2、Fe(NO3)3、Cr(NO3)3、H2PtCl6、Cu(NO3)2、Mn(NO3)2、AgNO3、Ni(NO3)2和Zn(...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋竹银，史康龙，周建平，宋倩，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：