一种重质油基多孔电容炭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种重质油基多孔电容炭的制备方法，包括如下步骤：一、将石油焦大颗粒研磨为石油焦粉末，将石油焦粉末放入球磨罐中进行球磨处理；二、将经过球磨处理的石油焦粉末放入筛分器进行筛分处理，得到原始石油焦前驱体；三、将步骤二得到的原始石油焦前驱体与柠檬酸钾混合均匀并在惰性气体环境下进行高温活化，得到活化样品；四、将步骤三得到的活化样品水洗并离心处理至中性，得到具有多孔结构的石油焦基活性炭。本发明专利技术的重质油基多孔电容炭的制备方法使用石油焦为原料，是活性炭前驱体的理想材料，使用柠檬酸钾作为活化剂调控石油焦基活性炭的孔隙结构，对环境更加友好，制得的重质油基活性炭在具有优秀孔隙结构的同时具有较高的可逆容量。具有较高的可逆容量。具有较高的可逆容量。

【技术实现步骤摘要】
一种重质油基多孔电容炭的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种重质油基多孔电容炭的制备方法，属于超级电容储能


技术介绍

[0002]超级电容器是一种高效、环保的储能器件。碳材料凭借其资源丰富、性价比高以及制备工艺简单等优势广泛应用于超级电容器的电极材料领域。石油焦作为石油化工领域中重质油加工后的副产物，是具备高附加值的石油产品，可用于制备电子传导率高、比表面积大的高品质电容活性炭。并且重质油基碳材料成本远低于生物质基碳材料，受到了广泛关注。
[0003]目前常见的电容活性炭的制备方法为模板法和活化法。模板法是将两种特定的物质（一类为碳源，一类为模板剂）混合，在高温等一定的条件下对前驱体进行碳化，最终得到具有模板剂大小的孔径和多孔道结构的活性炭材料。活化法可对前驱体进行活化干燥，最终得到具有发达孔隙的活性炭材料。
[0004]重质油基活性炭是电容活性炭的优秀前驱体，例如文献1（Liu K, Jiao M, Chang P, et al. Pitch
‑
based porous aerogel composed of carbon onion nanospheres for electric double layer capacitors[J]. Carbon, 2018, 137: 304
‑
312.）中Liu等人使用凝胶法结合化学活化的策略制备了比表面积2220 m
2 g
‑1、孔体积1.45 cm
3 g
‑1的三维多级多孔沥青基气凝胶。沥青基气凝胶的微晶结构为活性炭，在50 mA g
‑1的电流下具有157 F g
‑1的比容量。面对多种类的多孔活性炭制备方式，文献2（Lee S M, Lee S H, Park S, et al. Preparation of mesoporous activated carbon by preliminary oxidation of petroleum coke with hydrogen peroxide and its application in capacitive deionization[J]. Desalination, 2022, 539: 115901.）讲述了过氧化氢加速石油焦活化过程反应，并渗透到石油焦表面与内部形成大量介孔结构，氧化后的活性炭具有3139 m
2 g
‑1的比表面积和0.82 cm
3 g
‑1的介孔体积，在1 mV s
−1的扫速下具有198.4 F g
‑1的比容量。以上证明了重质油基活性炭制备方式的多样性，但在容量等方面仍存在一定的限制。
[0005]因此，需要一种提高超级电容器用重质油基活性炭的改性方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种重质油基多孔电容炭的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]一种重质油基多孔电容炭的制备方法，包括如下步骤：一、将石油焦大颗粒研磨为石油焦粉末，将石油焦粉末放入球磨罐中进行球磨处理；二、将经过球磨处理的石油焦粉末放入筛分器进行筛分处理，得到原始石油焦前驱体；三、将步骤二得到的原始石油焦前驱体与柠檬酸钾混合均匀并在惰性气体环境下
进行高温活化，得到活化样品；四、将步骤三得到的活化样品水洗并离心处理至中性，得到具有多孔结构的石油焦基活性炭。
[0008]更进一步的，步骤一中步骤（1）中，球磨时间8~15h，转速200~400r/min。
[0009]更进一步的，步骤一中步骤（1）中，球磨时间12h，转速300r/min。
[0010]更进一步的，步骤二中筛分时间20~40 min，筛分尺寸为100~200目。
[0011]更进一步的，步骤二中筛分时间30 min，筛分尺寸为200目。
[0012]更进一步的，步骤三中原始石油焦前驱体和柠檬酸钾的质量比为1：2~4。
[0013]更进一步的，步骤三中原始石油焦前驱体和柠檬酸钾的质量比为1：3。
[0014]更进一步的，步骤三中高温活化温度为700~900 o
C，高温活化时间为1~3h。活化过程可对石油焦前驱体进行造孔处理，使其具有更高的比表面积。
[0015]更进一步的，步骤三中高温活化温度为800 o
C，高温活化时间为2h。在此最佳条件下，可获得具有最佳电化学性能的石油焦基活性炭。
[0016]更进一步的，还包括步骤五，将步骤四得到石油焦基活性炭粉末样品与PTFE混合研磨得到片状活性炭。
[0017]更进一步的，步骤五中石油焦基活性炭粉末与PTFE的质量比为9:1。合理的样品与粘结剂比例可以在具有优秀粘结效果的同时保持材料原本较好的导电性。
[0018]有益效果：本专利技术的重质油基多孔电容炭的制备方法使用石油焦为原料，石油焦作为石油原油萃取后的副产物，碳氢化合物比例很高，是作为活性炭前驱体的理想材料，使用柠檬酸钾作为活化剂调控石油焦基活性炭的孔隙结构，对环境更加友好，对生产设备的腐蚀程度低，制得的重质油基活性炭在具有优秀孔隙结构的同时具有较高的可逆容量。
附图说明
[0019]图1为实施例1中柠檬酸钾活化后石油焦基活性炭的扫描电子显微镜图像。
[0020]图2为实施例1中基于柠檬酸钾活化后石油焦基活性炭在不同扫速下的线性循环伏安曲线。
[0021]图3为实施例1中基于柠檬酸钾活化后石油焦基活性炭在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。
[0022]图4为实施例1在不同电流密度下的比容量示意图。
实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例
[0024]一、原料制备：将100g大颗粒前驱体研磨为粉末后称取等量双份放入球磨罐中。将球磨罐放入行星式球磨机中，球磨12h，转速为300r/min。取出球磨完毕的原油沥青，将其放入筛分器进行筛分处理，筛分时间30min，筛分尺寸200目，此时获得可用于活化法制备的原
始沥青前驱体；二、活化反应：将1g原始石油焦前驱体与3g柠檬酸钾混合均匀，转移至惰性气氛管式炉内。升温至800
o
C，保温2h，炉内升温速率为5
o
C/min。温度降至室温后，将材料水洗并离心至中性并放入电热恒温鼓风干燥箱干燥8h，得到具有多孔结构的石油焦基活性炭粉末；三、极片制备：将步骤二得到石油焦基活性炭粉末与PTFE稀释液按照9:1比例混合研磨30min得到片状活性炭样品。称取4mg片状样品，压制成1
×
1cm的方形裁片。用两片预处理完毕的泡沫镍夹住裁片并压制，放入60
o
C电热恒温鼓风干燥箱内干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重质油基多孔电容炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：一、将石油焦大颗粒研磨为石油焦粉末，将石油焦粉末放入球磨罐中进行球磨处理；二、将经过球磨处理的石油焦粉末放入筛分器进行筛分处理，得到原始石油焦前驱体；三、将步骤二得到的原始石油焦前驱体与柠檬酸钾混合均匀并在惰性气体环境下进行高温活化，得到活化样品；四、将步骤三得到的活化样品水洗并离心处理至中性，得到具有多孔结构的石油焦基活性炭。2.如权利要求1所述的重质油基多孔电容炭的制备方法，其特征在于：步骤一中步骤（1）中，球磨时间8~15h，转速200~400r/min。3.如权利要求1所述的重质油基多孔电容炭的制备方法，其特征在于：步骤二中筛分时间20~40 min，筛分尺寸为100~200目。4.如权利要求1所述的重质油基多孔电容炭的制备方法，其特征在于：步骤二中筛分时间30 min，筛分尺寸为200目。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟腾，刘轩铭，夏晖，李康，雷杰，
申请(专利权)人：中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：