【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电容器电极材料，具体涉及一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着便携式电子设备的普及和日益严重的环境问题，对新型高效、更小、更灵活的储能设备的需求激增。新一代储能系统不仅需要满足可持续发展的需要，还需要具有更高的功率密度、更长的循环寿命和友好的运行环境。多孔碳是一种应用广泛的极具潜力的电极材料。多孔碳材料具有成本相对低廉、易制备和环境友好的等优点适合于超级电容器的应用。
2、目前研究的碳前体有生物质、煤基、石油等。其中生物质废弃物因其可再生、环保、来源广泛等优点而备受关注。木质素是一种生物质废弃物作为制浆造纸产业废液以及燃料乙醇产业工业残渣的主要成分，仅有不到2％得到有效利用。如何实现木质素高附加值综合利用，以提高制浆造纸以及燃料乙醇行业生产的经济效益正在成为科研工作者关注的热点问题。由于木质素的分子链中具有大量苯环结构，含碳量高达50％以上，因此具有较高的得率，被认为是碳素材料的理想前驱体。
3、目前，已有大量研究人员对木质素基炭超级电容器展开深入研究，但是其储能效果远达不到理想的效果。
4、现有技术公开了一种石墨烯/木质素基活性炭的制备方法，包括1)木质素基活性炭的制备，2)混合氧化石墨与活性炭，得到氧化石墨/木质素基活性炭复合物，3将复合物通过碱活化后，高温裂解还原，制得石墨烯/木质素基活性炭复合材料，4)制备电极片。其中，步骤1)将木质素与碱性物质溶于去离子水，搅拌，蒸干，惰性气氛高温裂解，制得木质素基活性炭；碱型物质是氢
5、现有技术公开了一种用于超级电容器电极的共轭木质素及其制备方法，其通过将酰基化或酯化试剂作为反应试剂，用于在酸性条件下保护木质素的酚羟基，随后在有机酸溶剂中将反应得到的酚羟基被保护的木质素与共轭交联剂发生取代反应交联制备得到具有共轭结构的木质素，并将所得的共轭木质素作为阴极材料应用到超级电容器中，能够使得电容器具有高储电性能和高功率密度。得到的丁二酰基交叉共轭木质素进行半电池测试，在0.5m h2so4电解质溶液中，当电流密度为1a·g-1时，其比电容量为367.707a·h·g-1；当电流密度为2a·g-1时，其比电容量为253.33a·h·g-1，其能量密度为7.97w·h·kg-1,功率密度为 150.05×103w·kg-1；当电流密度为5a·g-1时，其比电容量为213.95a·h·g-1，其能量密度为6.70w·h·kg-1,功率密度为376.84×103w·kg-1。并且，利用制备的丁二酰基交叉共轭木质素作为不锈钢负极材料组装半电池，其能量密度为11.43w·h·kg-1, 功率密度为76.18×103w·kg-1。
6、现有技术公开了一种碱木质素基超级电容器用多孔炭材料及其制备方法和应用，其将造纸黑液中粗提纯的碱木质素与三嵌段聚合物pluronicf127和mg (ch3coo)2·4h2o混合，加入甲醛与盐酸充分搅拌均匀得混合液；将上述混合液置于烘箱中干燥，得到黑褐色固体；然后将黑褐色固体置于管式炉中进行炭化反应，反应结束后持续通入氮气或惰性气体冷却至室温；最后进行酸洗、水洗，干燥后得到黑色粉末状的多孔炭材料。将得到的多孔炭材料充分研磨至粒径小于 10μm，按照多孔炭材料:乙炔黑：ptfe＝85％：10％：5％的质量比制备电极材料，以1mol/l h2so4为电解液在三电极体系下测定其电化学性能。该多孔炭材料bet 比表面积高达679.4m2/g，总孔容积为0.83cm3/g。在1a/g的电流密度下，比电容可达到101.4f/g。
技术实现思路
1、为了解决现有技术问题，本专利技术提供了一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭；
2、本专利技术的另一目的在于提供一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法；
3、本专利技术的另一目的在于提供一种含所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的导电油墨。
4、本专利技术的另一目的在于提供一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的应用。
5、本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
6、一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭，呈黑色粉末状，比表面积为1600.7～2328.59m2·g-1，总孔容为0.85～1.21cm3·g-1，孔径主要以微孔和介孔为主，其中，微孔比表面积为1450.7～1992.92m2·g-1，微孔孔容为 0.7～0.98cm3·g-1，介孔比表面积为59.3～99.3m2·g-1，介孔孔容为0.12～0.25cm3·g-1；堆积密度为0.56～0.85cm3·g-1，颗粒尺寸分布为200nm～2000nm。红外谱图显示，还原改性木质素基活性炭相比于未改性木质素基活性炭在1730cm-1的c＝o伸缩振动峰较明显。
7、优选地，还原改性木质素基活性炭的比表面积为2328.59m2·g-1，总孔容为1.21cm3·g-1，孔径主要以微孔和介孔为主，其中，微孔比表面积为1992.92m2·g-1，微孔孔容为0.954cm3·g-1，介孔比表面积为99.3m2·g-1，介孔孔容为0.25cm3·g-1；堆积密度为0.83cm3·g-1，颗粒尺寸分布为200nm～2000nm。
8、本专利技术的还原改性木质素基活性炭，一方面，还原木质素经炭化和活化之后具有较大的比表面积和多孔结构，由于介孔可用于离子的传输和扩散，微孔可用于增强电荷的存储，因此多孔结构有利于双电层电容器的储能。另一方面，含氧官能团不仅可以改善材料的亲水性/润湿性，降低碳材料与电解质界面的接触电阻，也提供了许多电化学活性位点，通过参与电极材料表面的氧化还原反应对赝电容有贡献。
9、一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，包括以下步骤：
10、步骤1，用含有碱木质素的制浆黑液，或用含有木质素的碱性溶液，与过量还原剂混合充分反应，于30～60℃条件下反应8～12h后，经无机酸调节ph值为 1～7以沉淀碱木质素，过滤，洗涤后干燥，获得还原木质素；
11、步骤2，将步骤1中还原木质素在惰性气氛下进行炭化反应，持续通入惰性气体待冷却至室温后，用水、无机酸和有机溶剂洗涤干燥得到初级木质素炭；
12、步骤3，将初级木质素炭与koh和/或naoh活化剂混合均匀，并在惰性气氛下进行活化反应，持续通入惰性气体经自然降温后，用水、无机酸和有机溶剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭，其特征在于，所述还原改性木质素基活性炭呈黑色粉末状，比表面积为1600.7～2328.59m2·g-1，总孔容为0.85～1.21cm3·g-1，孔径主要以微孔和介孔为主，其中，微孔比表面积为1450.7～1992.92m2·g-1，微孔孔容为0.7～0.98cm3·g-1，介孔比表面积为59.3～99.3m2·g-1，介孔孔容为0.12～0.25cm3·g-1；堆积密度为0.56～0.85cm3·g-1，颗粒尺寸分布为200nm～2000nm。
2.权利要求1所述的用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述含有碱木质素的制浆黑液为造纸工业碱法制浆工艺中产生的废水；所述含有木质素的碱性溶液为含有木质素的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
4.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述还原剂
5.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述无机酸为盐酸或硫酸中的任意一种，浓度为0.5～10mol/L。
6.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，所述还原木质素的分子量大小为1500-5000。
7.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述炭化反应具体为：所述还原木质素以1～30℃/min的升温速率升温至500～700℃并保温1～2h。
8.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述活化反应具体为：所述初级木质素炭与活化剂以质量比为1：(3～6)混合均匀，并在惰性气氛下以升温速率为1～30℃/min升温至600～800℃后保温1～3h。
9.一种含所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的导电油墨，其特征在于，由所述还原改性木质素基活性炭、导电炭黑和粘结剂混合制备得到；
10.一种含所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭在制备超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭，其特征在于，所述还原改性木质素基活性炭呈黑色粉末状，比表面积为1600.7～2328.59m2·g-1，总孔容为0.85～1.21cm3·g-1，孔径主要以微孔和介孔为主，其中，微孔比表面积为1450.7～1992.92m2·g-1，微孔孔容为0.7～0.98cm3·g-1，介孔比表面积为59.3～99.3m2·g-1，介孔孔容为0.12～0.25cm3·g-1；堆积密度为0.56～0.85cm3·g-1，颗粒尺寸分布为200nm～2000nm。
2.权利要求1所述的用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述含有碱木质素的制浆黑液为造纸工业碱法制浆工艺中产生的废水；所述含有木质素的碱性溶液为含有木质素的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
4.根据权利要求2所述用于超级电容器电极材料的还原改性木质素基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述还原剂为连二亚硫酸盐、亚硫酸、甲脒亚磺酸、硼氢化钠、硼氢化钾的一种或者几种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡会超，李莉娟，徐慧民，张赛赛，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：
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