【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器电极材料制备与应用，具体涉及一种重质渣油基电容炭微球及其制备方法和在超级电容器中的应用。
技术介绍
1、作为本世纪新型储能器件，超级电容器具有高功率密度、大容量、长循环寿命、强充放电能力、无污染、使用温度范围宽和高安全性等诸多显著优势，因此具有广阔的应用前景。在交通领域、储能系统、国防科技、消费电子、电网系统等领域以及运动控制领域中，超级电容器性能优越，无可替代。如何提高超级电容器的储能性能以及降低成本成为全球研究的焦点。
2、目前，许多研究工作者开展了以各种高分子材料和农业副产物为原料制备超级电容器用炭材料的工作。例如，聚氨酯、玉米芯和鱼骨等均被作为原料经过前处理、碳化、活化和后处理等多步工艺制备成活性炭电极材料。但这些原料制备超级电容器用炭材料的过程，通常采用预碳化、活化、元素掺杂、再碳化等多步工艺，来提高电极材料的电化学性能，存在工艺复杂，原料成本高或者来源不稳定等问题。
3、石油、煤热解后产出大量的重质渣油，这些重质渣油大部分被用来燃烧，但随着环境保护法规的日益严格，重质渣油作为燃料受到越来越多的限制。因此，重质渣油的高附加值利用迫在眉睫。因为重质渣油一般具有80%左右的高碳含量，故可籍此开发高附加值的超级电容器用炭材料，且可解决以各种高分子材料和农业副产物为原料制备超级电容器用炭材料存在的原料成本高或者来源不稳定等问题。
4、专利文献cn105670617a提出一种简单高效一步法批量制备氮掺杂石油焦基碳量子点的方法，但其存在炭收率低的问题，最高仅为20%。专利
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种重质渣油基电容炭微球及其制备方法和应用，通过本专利技术方法可获得高炭收率、高比容量的电容炭微球，且碱炭比低，不易损坏设备，利于工业化生产超级电容器用活性炭材料。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种重质渣油基电容炭微球的制备方法，包括以下步骤：
4、s1，将重质渣油加入溶剂中，并加入无水氯化铝的三氯甲烷溶液，得到混合溶液，将混合溶液进行溶剂热反应，得到预碳化微球；
5、s2，将预碳化微球与koh和k2co3的复合活化剂混合，然后加入水和乙醇的混合溶剂，浸泡，烘干，得到待活化混合体系；其中，复合活化剂和预碳化微球的质量比为（1~2.8）:1；
6、s3，将待活化混合体系于空气气氛下，自室温起升温至300~350 ℃进行预氧化；然后在惰性气体保护下，继续升温至750~850 ℃进行碳化与活化，得到碳化活化产物；
7、s4，将s3得到的碳化活化产物进行洗涤和干燥，得到重质渣油基电容炭微球。
8、优选的，s1中，所述重质渣油预先进行如下预处理：将重质渣油进行热过滤，得到滤液，滤液与溶剂混合，并进行热离心分离，取上清液。
9、优选的，s1中，所述溶剂为甲苯和四氯化碳的混合溶剂。
10、优选的，s1中，所述重质渣油为中低温煤焦油重馏分、高温煤焦油馏分、石油常压渣油、石油减压渣油、催化裂化油浆、加氢裂化尾油和乙烯焦油中的一种或几种。
11、优选的，s1中，所述溶剂热反应的温度为130 ~200℃，时间为5~15h。
12、优选的，s2中，所述koh和k2co3的质量比为（0.5~2）:1。
13、优选的，s2中，所述混合溶剂中水和乙醇的体积比为（0.5~2）:1。
14、优选的，s3中，以5~10 ℃/min自室温起升温到300~350 ℃，以5~10 ℃/min升温至750~850 ℃。
15、采用所述的制备方法得到的重质渣油基电容炭微球。
16、所述的重质渣油基电容炭微球作为电极材料在超级电容器中的应用。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
18、本专利技术首先采用三氯甲烷为交联剂，以无水氯化铝为催化剂，对重质渣油进行交联处理，可将炭收率提高到60%，且电容性能也有所提升。其次，本专利技术采用koh和k2co3复合活化剂，复合活化剂和预碳化微球的质量比为（1~2.8）:1，即碱炭比仅为（1~2.8），复合活化剂溶解在水与乙醇的复合溶剂中，大大提升了复合活化剂溶解并渗透入预碳化微球中的效率，从而可以在低碱炭比下获得高活化率，并且所得活性电容炭微球的比容量明显提升。这主要归功于本专利技术采用了koh与k2co3的复合活化剂，其中koh利于致微孔，k2co3则利于致介孔，二者复合更具有协同效应；同时采用极性水与有机溶剂乙醇的复合溶剂体系，充分将复合活化剂溶解并渗透于预碳化微球中，实现预碳化微球与复合活化剂的充分浸润渗透，从而可有效降低复合活化剂的用量，减少对设备的影响。并且，本专利技术采用一步碳化活化，效率高，适合规模化生产。此外，本专利技术原材料为重质渣油，成本低廉，以其为原料制备高品质炭材料，可实现真正意义上的“变废为宝”，加速重质渣油的高附加值利用。采用本专利技术方法可制备出高炭收率、大比表面积、高比容量的多孔活性电容炭微球，主要指标满足“gb／t37386-2019”中ⅰ级石油焦基超级电容器用活性炭的要求。
19、进一步的，本专利技术以简单的热过滤与离心分离两步预处理方法，高效去除重质渣油中的非有机杂质，并获得了低杂质含量的电容炭微球。该方法简明有效，非常适于工业化推广。
20、进一步的，s1中所述溶剂为甲苯和四氯化碳的混合溶剂，重质渣油中主要组分为：饱和烃、芳烃、胶质及沥青质，这四种组份均可溶于四氯化碳，芳烃与胶质更易溶于甲苯，四氯化碳和甲苯两者互溶，共同将重质渣油中的四种组份充分溶解。
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1.一种重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S1中，所述重质渣油预先进行如下预处理：将重质渣油进行热过滤，所得滤液与溶剂混合，并进行热离心分离，取上清液。
3.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S1中，所述溶剂为甲苯和四氯化碳的混合溶剂。
4.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S1中，所述重质渣油为中低温煤焦油重馏分、高温煤焦油馏分、石油常压渣油、石油减压渣油、催化裂化油浆、加氢裂化尾油和乙烯焦油中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S1中，所述溶剂热反应的温度为130 ~200℃，时间为5~15h。
6.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S2中，所述KOH和K2CO3的质量比为（0.5~2）:1。
7.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S2中，所述混合
8.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，S3中，以5~10 ℃/min的速率自室温起升温到300~350 ℃，以5~10 ℃/min的速率升温至750~850 ℃。
9.采用权利要求1~8任一项所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法得到的重质渣油基电容炭微球。
10.权利要求9所述的重质渣油基电容炭微球作为电极材料在超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，s1中，所述重质渣油预先进行如下预处理：将重质渣油进行热过滤，所得滤液与溶剂混合，并进行热离心分离，取上清液。
3.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，s1中，所述溶剂为甲苯和四氯化碳的混合溶剂。
4.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，s1中，所述重质渣油为中低温煤焦油重馏分、高温煤焦油馏分、石油常压渣油、石油减压渣油、催化裂化油浆、加氢裂化尾油和乙烯焦油中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的重质渣油基电容炭微球的制备方法，其特征在于，s1中，所述溶剂热反应的温度为13...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡江涛，周彬，张亚婷，邱介山，赵世永，朱由余，刘国阳，张晨陈，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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