【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电容炭，具体涉及一种高产率生物质衍生炭的制备方法及应用。
技术介绍
1、生物质多孔炭拥有丰富的孔隙结构，突出的比表面积和合适的孔径分布等优点，可为电解质离子提供大量的吸附位点进而有效的储存电荷，因此是目前超级电容器理想的电极材料之一。但是，纤维素作为生物质原料中含量相对较高的组分，在高温热解过程中容易发生分解和副反应，导致炭含量降低，从而降低生物质炭的产率。生物质多孔炭的产率主要受到原料化学成分和物理结构的影响。通过与合适的添加剂相结合形成三维交联结构，进而提高碳化和活化过程的反应能可以提高生物质炭的产率，但低活性的生物质材料和高分子量添加剂之间难充分相容的问题，导致大多数的生物质多孔炭的产率低于15％。
2、酚醛树脂作为炭材料的前驱体具有高的炭化率、合适的孔结构和优异的高温稳定性等优点，在高温转化为炭材料进而提供更多的碳基结构。但是，酚醛树脂在高温活化反应过程中会发生气化、挥发和体积收缩，导致所得炭材料产率较低且有裂纹，从而影响其力学性能和结构稳定性。目前，低活性生物质材料与酚醛树脂难充分相容，并且不能保证生物质材料在热解过程中的完整性，交联材料的内部会表现出不均匀性，从而影响炭材料的电导率和孔隙结构，生物质材料和酚醛树脂相结合的技术制备高产率的多孔炭仍然十分困难。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种高产率生物质衍生炭的制备方法及应用，该制备方法有效的实现了生物质材料与酚醛树脂的化学相容性，以及高产率生物质衍生炭材料的可控制
2、为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高产率生物质衍生炭的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将天然苎麻置于0.8-1.2mol/l的盐酸溶液中，在80-100℃温度下处理3-9h，然后在90-110℃真空干燥箱中干燥20-30h，得预处理苎麻；
4、(2)将步骤(1)所得预处理苎麻置于水热反应釜内衬中，加入2.5-3.5mol/l氢氧化钾或氢氧化钠溶液，然后在鼓风干燥箱内升温至160-200℃反应5-7h，反应结束后经冷却、抽滤和60-80℃干燥10-14h，得苎麻前驱体；
5、(3)分别将酚醛树脂和步骤(2)所得苎麻前驱体分散在乙醇溶液中搅拌1-2h，然后混合并搅拌20-40min后加入六亚甲基四胺，在80-90℃水浴搅拌至酒精完全挥发，再在80-100℃真空干燥箱中干燥10-14h，得交联前驱体；
6、(4)将步骤(3)所得交联前驱体破碎后置于镍舟中，然后在高温管式炉中进行碳化，得生物质炭前驱体；
7、(5)将步骤(4)所得生物质炭前驱体和氢氧化钾粉末震荡混料1-3h，然后转移至镍舟中，在高温管式炉中进行反应，将反应产物用0.8-1.2mol/l盐酸处理，再用水抽滤冲洗，最后在110-130℃真空干燥箱干燥，得高产率生物质衍生炭。
8、本专利技术的有益效果是：本专利技术制备方法先将天然苎麻用盐酸处理，除去苎麻中的金属杂质；然后将碱溶液嵌入到预处理苎麻的内部，提升了生物质材料的表面活性；嵌入碱溶液的苎麻上的羟基可以与酚醛树脂发生缩合反应，实现苎麻材料与酚醛树脂链的充分相容；紧接着引入六亚甲基四胺，缩合反应后的前驱体与六亚甲基四胺中的胺基进行开环反应，形成网状交联结构，很好的保护了苎麻块体的完整性，从而实现高产率生物质衍生炭产率的提高。
9、进一步，步骤(1)中，苎麻与盐酸溶液质量体积比为50g：1000ml。
10、进一步，步骤(2)中，处理苎麻与氢氧化钾或氢氧化钠溶液质量体积比为1g：35ml。
11、进一步，步骤(3)中，苎麻前驱体、酚醛树脂和六亚甲基四胺质量比为0.8g：0.26-2.4g：0.0075-0.025g。
12、进一步，步骤(4)中，在氩气气氛下升温至350-450℃碳化30-90min。
13、进一步，步骤(5)中，生物质炭前驱体和氢氧化钾粉末质量比为1g：1.5-2.5g。
14、进一步，步骤(5)中，在氩气气氛下升温至650-750℃反应30-90min。
15、本专利技术还提供了上述的高产率生物质衍生炭的制备方法制得的高产率生物质衍生炭。
16、本专利技术还提供了上述高产率生物质衍生炭在制备超级电容器电极中的应用。
17、本专利技术还提供了一种超级电容器电极，其制备方法包括以下步骤：将重量份为80-90份的权利要求8所述的高产率生物质衍生炭、5-10份的导电炭黑和5-10份的cmc粘结剂在去离子水中混合均匀，均匀涂在涂炭铝箔上，辊压压实至密度为0.55g/cm-3，得超级电容器电极。
18、综上所述，本专利技术具有以下优点：
19、1、本专利技术的制备方法有效的实现了苎麻生物质材料与酚醛树脂的化学相容性，以及高产率生物质衍生炭材料的可控制备，提高了高产率生物质衍生炭的产率，解决了目前超级电容器所用电容炭材料的产率低的问题。
20、2、本专利技术高产率生物质衍生炭具有比表面积高、孔体积大和骨架稳定性强的优点，而且压实密度大和电导率高，可供电解质离子的传输和存储。
21、3、本专利技术高产率生物质衍生炭用作超级电容器电极的导电剂时，具有优异的倍率性能和极小的电压降。该超级电容器在1m et4nbf4/an电解液中，40a/g电流密度下质量比电容值为39.03f/g；当电流密度增加到40a/g，器件的电压降仅为0.138v；当器件功率密度为51.24kw kg-1，对应的能量密度分别为35.58wh kg-1；循环20000次后仍然表现出90.9％的容量保持率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述苎麻与盐酸溶液质量体积比为50g：1000mL。
3.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述处理苎麻与氢氧化钾或氢氧化钠溶液质量体积比为1g：35mL。
4.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述苎麻前驱体、酚醛树脂和六亚甲基四胺质量比为0.8g：0.26-2.4g：0.0075-0.025g。
5.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，在氩气气氛下升温至350-450℃碳化30-90min。
6.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述生物质炭前驱体和氢氧化钾粉末质量比为1g：1.5-2.5g。
7.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，在氩气气氛下升温至650-750℃反应
8.权利要求1-7任一项所述的高产率生物质衍生炭的制备方法制得的高产率生物质衍生炭。
9.一种权利要求8所述的高产率生物质衍生炭在制备超级电容器电极中的应用。
10.一种超级电容器电极，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：将重量份为80-90份的权利要求8所述的高产率生物质衍生炭、5-10份的导电炭黑和5-10份的CMC粘结剂在去离子水中混合均匀，均匀涂在涂炭铝箔上，辊压压实至密度为0.55g/cm-3，得超级电容器电极。
...【技术特征摘要】
1.一种高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述苎麻与盐酸溶液质量体积比为50g：1000ml。
3.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述处理苎麻与氢氧化钾或氢氧化钠溶液质量体积比为1g：35ml。
4.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述苎麻前驱体、酚醛树脂和六亚甲基四胺质量比为0.8g：0.26-2.4g：0.0075-0.025g。
5.如权利要求1所述的高产率生物质衍生炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，在氩气气氛下升温至350-450℃碳化30-90min。
6.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨维清，王庆，李海坚，李杰，
申请(专利权)人：四川金时新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。