一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法技术

本发明专利技术适用于活性炭制备技术领域，提供了一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法，包括以下步骤：步骤1、炭源制备；步骤2、酚醛树脂炭化；步骤3、炭化后的炭粉制粒成球；步骤4、炭粉活化。该方法主要是利用酚醛树脂等合成化工材料作为炭源，采取石英质或搪玻璃质炭化炉，配合活化及制粒技术，制备成高比面积的超级活性炭球，比面积可达3000m2/g以上、碘吸附值在1500mg/g以上、金属离子含量小于10ppm，孔容大于0.5cm3/g等。本发明专利技术制备的活性炭球可以有效使用在医药、化工、军工、电子、储能、电池、隔热和防腐涂料等领域，是全固态电池的主要电荷存储介质。储介质。

【技术实现步骤摘要】
一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法


[0001]本专利技术属于活性炭制备
，尤其涉及一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法。

技术介绍

[0002]自面世以来，活性炭凭借其优异的吸附性能已广泛应用于各类工业生产和人们的日常生活。近年来，随着科技发展，活性炭在医药、催化、电极材料、超低温制冷、新能源等新型领域已表现出良好的发展势头。长期来看，活性炭行业发展仍具有极好的发展前景。
[0003]但是，目前市场活性炭的碳源多为煤质、生物质碳，均属于自然碳源，受碳源来源属性影响，成品超级活性炭存在杂质多、金属含量高、性能参数偏低和应用领域窄等问题。同时，目前市场活性炭的吸附能力较低，只能满足普通的应用领域吸附要求，对于医药、化工剂和超级电容领域，比表面积远远不足。此外，市场上生物质活性炭受炭源分布影响，活性炭加工企业中，主要为以煤质活性炭为主的企业分布在西北部地区，如山西、内蒙古等；以竹子为主要炭源的活性炭企业分布在如重庆、四川贵州等西南地区；以椰壳为主要炭源的企业分布在东南地区如福建、广州和浙江等省份。
[0004]申请号为202110750164.6的中国专利技术专利《一种复合型酚醛树脂基活性炭及其制备方法、超级电容器》，通过炭化
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活化氧化石墨烯复合氮掺杂酚醛树脂实现的，通过将氧化石墨烯与氮掺杂酚醛树脂进行原位复合，酚醛树脂在固化过程中依附于氧化石墨烯片层上，氧化石墨烯的阻隔有助于中孔的生成，从而提高超级电容炭的中孔率；然后进行炭化及碱活化，即可得到具有大比表面积的活性炭。该专利用的炭源主要是石墨烯，其次是酚醛树脂材料，原料取得不易，不适合推广该工艺且烧制过程复杂，石墨烯的分布均匀性难以控制，不易表征计算。炭化使用的是普通的回转炉，成品中金属含量不能有效的控制，且该专利技术专利中只是进行到活化阶段，并没有对活化后的炭粉进行制粒成球程序，成品的使用范围较窄。
[0005]申请号为201610445274.0的中国专利技术专利《一种改性酚醛树脂基活性炭的制备方法及超级电容器》，通过向酚醛树脂中加入氧化石墨烯，实现氧化石墨烯在酚醛树脂中的均匀分散；在随后的活化以及还原处理过程中氧化石墨烯被还原为石墨烯，从而使活性炭具有较高的电导率，降低了碳材料内阻；通过酚醛树脂发泡工艺，使得碳材料具有较高的孔隙率，容易与碱混匀，有效降低了碱的使用量，同时使得制备出的活性炭具有超高的比表面积；酚醛树脂在发泡固化过程中依附于氧化石墨烯片层上，氧化石墨烯的阻隔有助于中孔的生成，从而提高活性炭的中孔率。此方法与一种复合型酚醛树脂基活性炭及其制备方法、超级电容器相似，主要的炭源、制备工艺流程等程序基本一致。同样存在原料不普遍，不适合规模加工推广，且炭化活化烧制过程复杂，石墨烯的分布均匀性难以控制，不易表征计算以及金属含量不易控制、不存在制粒成球的环节，无法最大限度的发挥高比面积的优势，应用范围受限。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的在于提供一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]本专利技术实施例是这样实现的，一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、炭源制备：利用热固性碱法制备酚醛树脂；
[0009]步骤2、酚醛树脂炭化：把制得的酚醛树脂颗粒放入炭化炉中，通入惰性气体进行保护，进行固化和炭化；
[0010]步骤3、炭化后的炭粉制粒成球：炭化后的炭粉在氮气保护下，由密闭环境进入制粒设备中，设定不同的转速进行造粒，形成目数在20
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100目的活性炭球；
[0011]步骤4、炭粉活化：活性炭球在密闭环境下进入炭化炉，进入炭化炉后停止通入氮气，通入高温去离子水水蒸气进行活化，最终制备成具有高比面积、孔容孔径分布均匀且连通性较好的活性炭球。
[0012]进一步的技术方案，在所述步骤1中，制备酚醛树脂的原料包括苯类、醛类、催化剂以及固化剂，使用到的仪器设备主要有聚合装置一套、表面皿、吸管、50mL移液管、漏斗和锥形瓶若干。
[0013]进一步的技术方案，所述聚合装置包括1000mL三口烧瓶一个、电动搅拌器一套、冷凝管一支、0
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100℃温度计一支和加热套一个。
[0014]进一步的技术方案，在所述步骤1中，苯类为苯酚，醛类为甲醛，催化剂为NaOH、NH3·
H2O或Ba(OH)2，固化剂为六亚甲基四胺(乌洛托品)。
[0015]进一步的技术方案，所述步骤1包括以下具体步骤：
[0016]步骤1.1、按苯酚与甲醛摩尔比为1：(1.08
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1.51)，其中甲醛水溶液(37％
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40％)；苯酚与NaOH质量比为1:(0.03
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0.05)；苯酚与六亚甲基四胺质量比为1:(0.12
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0.16)，苯酚与去离子水(溶剂)质量比为1:(0.6
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1.8)，将上述组分依次加入反应器皿中，混合溶液为碱性环境；
[0017]步骤1.2、设定电动搅拌器转速进行混合均匀，并加温以加速混合物的聚合反应，然后冷却至室温后，用去离子水反复洗涤以减少混合物中的金属离子含量；
[0018]步骤1.3、采取真空抽滤，在真空环境下进行干燥并筛选得到酚醛树脂颗粒状固体。
[0019]进一步的技术方案，在所述步骤2中，所述炭化炉为石英质或搪玻璃质炭化炉
[0020]进一步的技术方案，所述步骤2中的固化和炭化包括以下具体步骤：
[0021]以5℃/min快速升温至170℃，保温45min，完成固化；在氮气保护下继续以5℃/min升温至800℃，保持温度2h，完成酚醛树脂的炭化。
[0022]进一步的技术方案，在所述步骤3中，制粒设备的转速在200r/min持续30min，300r/min持续50min，500r/min持续60min，形成目数在20
‑
100目的活性炭球。
[0023]进一步的技术方案，所述步骤4包括以下具体步骤：
[0024]活性炭球在密闭环境下进入炭化炉，进入炭化炉后停止通入氮气，通入5倍于酚醛树脂质量的去离子水水蒸气，温度220℃左右，进行活化，持续时间1h后，炭化炉升温至1000℃，持续时间2h以上，然后停止通入水蒸气并停止加热，通入氮气降温至室温，最终制备成
具有高比面积、孔容孔径分布均匀且连通性较好的活性炭球。
[0025]本专利技术实施例提供的一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法，该方法利用酚醛树脂等合成化工材料作为炭源，炭源来源丰富，不同于生物质炭源受地域限制，且利用合成材料作为炭源，杂质含量少，炭化过程产生的废气废液废杂较少，且通过吸附处理后可进行资源化利用，不存在环保问题。采取石英质或搪玻璃质炭化炉，炭源经过这种非金属炭化设备炭化处理，炭粉中杂质含量少，活化后孔隙度、孔容孔径及比表面积更大。配合活化及制粒技术，制备成高比面积的超级活性炭球，比面积可达3000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比面积超级电容活性炭球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、炭源制备：利用热固性碱法制备酚醛树脂；步骤2、酚醛树脂炭化：把制得的酚醛树脂颗粒放入炭化炉中，通入惰性气体进行保护，进行固化和炭化；步骤3、炭化后的炭粉制粒成球：炭化后的炭粉在氮气保护下，由密闭环境进入制粒设备中，设定不同的转速进行造粒，形成目数在20
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100目的活性炭球；步骤4、炭粉活化：活性炭球在密闭环境下进入炭化炉，进入炭化炉后停止通入氮气，通入高温去离子水水蒸气进行活化，最终制备成活性炭球。2.根据权利要求1所述的高比面积超级电容活性炭球的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，制备酚醛树脂的原料包括苯类、醛类、催化剂以及固化剂。3.根据权利要求2所述的高比面积超级电容活性炭球的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，苯类为苯酚，醛类为甲醛，催化剂为NaOH、NH3·
H2O或Ba(OH)2，固化剂为六亚甲基四胺。4.根据权利要求3所述的高比面积超级电容活性炭球的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括以下具体步骤：步骤1.1、按苯酚与甲醛摩尔比为1：(1.08
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1.51)，其中甲醛水溶液(37％
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40％)；苯酚与NaOH质量比为1:(0.03
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0.05)；苯酚与六亚甲基四胺质量比为1:(0.12
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0.16)，苯酚与去离子水质量比为1:(0.6
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【专利技术属性】
技术研发人员：李玲，廖超，孙海洋，
申请(专利权)人：重庆塞鸿秋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：