【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于用生物质制备高品质碳材料的，更具体地涉及一种木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法及木质素基电容炭。
技术介绍
1、超级电容器具有大功率、快速存储和释放电能的优良特性，并且免维护使用的寿命长，具有各种化学电池难以媲美的优点，成为许多场合不可替代的选择。电容炭是超级电容器的重要材料，约占超级电容器成本的35％。电容炭的性能决定超级电容器的功率密度、能量密度和使用寿命。超级电容器用电容炭的指标要求十分严格，如高比表面、高电导率、高振实密度、长使用寿命，铁、镍等杂质少。为了提高超级电容器的性能，生产电容炭的原料、活化剂、助活化剂和生产技术在不断地持续改进中。氮元素可以在电容炭的石墨结构中形成稳定的吡啶和吡咯型杂环，产生赝电容效应。氮参杂电容炭的赝电容作用大，性能稳定，可以提高电极的电导率，改善碳电极的疏水性，提高超级电容器的功率密度和能量密度，受到超级电容器企业和用户的欢迎。
2、在电容炭的生产过程中，碱活化剂在高温下熔化，粘结在器具或炉子的表面，称为粘壁现象，是电容炭生产
重大的困扰。为避免熔碱的粘壁现象，业内也做了多种努力。其一，使用坩埚或匣钵为原料和产物的载体。然而匣钵需要用耐高温、耐碱腐蚀的纯镍或特种不锈钢制作，价格昂贵，操作复杂，劳动强度大。为了实现以匣钵为载体的连续生产，只能用结构复杂、价格昂贵的辊道窑炉或推板炉，让匣钵在辊道上滚动前进，或用推板推动前进，炉子结构复杂，耗电量大，事故多发。其二，有厂家提出了炭粉与熔融碱的烧结预处理技术，先把氢氧化钾加热到熔点温度范围(360℃-406℃)，再
3、因此，探索从源头上解决碱活化剂的粘壁问题，使炉子结构简单化、性能稳定、能耗低和热效率高，不使用匣钵，并可实现连续批量生产高比表面的电容炭的工艺成为摆在电容炭研制人员面前的一道技术关卡。
技术实现思路
1、为此，需要提供一种木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法及木质素基氮参杂电容炭，以较低反应温度条件下的预处理技术，克服现有技术生产电容炭时熔碱的粘壁问题，并省去坩埚和匣钵的使用，简化生产装备要求、降低劳动强度。此外，还期待由本专利技术技术方案得到的木质素基电容炭原料为氮参杂电容炭，使得电容炭的赝电容效应大幅提升超级电容器的能量密度和功率密度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种木质素基电容炭的生产方法，包括以下步骤：
3、制备粗混料：将木质素、碳酸钾和尿素按照质量比为1:1.5-2:1-0.75研磨成粉，混合均匀，得到粗混料；
4、制备软化融合的混合料:将所述粗混料置于135℃-145℃加热30-60min，至所述粗混料充分软化融合，得到软化融合的混合料；
5、制备烧结块状原料：趁热将所述烧结软化融合的混合料迅速切割成小块，冷却固化；或先将所述烧结软化融合的混合料冷却固化，再敲打成小块，得到木质素基电容炭的块状原料；
6、制备木质素基电容炭粗品：将所述木质素基电容炭的块料装入连续进出料的不锈钢管回转炉，在氮气环境下碳化-活化，在850℃-880℃温度下保持60-90min，得到木质素基电容炭粗品；
7、后处理：将所述木质素基电容炭粗品进行去离子水浸泡、研磨打浆、第一次过滤、去离子水清洗、盐酸浸泡、第二次过滤、去离子水清洗、烘干、精研，即得到所述木质素基电容炭。
8、区别于现有技术，上述技术方案以木质素为碳源，以碳酸钾为裂解剂和活化剂，以尿素为助活化剂和氮源，提出了一种新的烧结预处理技术，在较低的温度(135-145℃左右)下把木质素、碳酸钾和尿素三种原料烧结成块，解决了传统电容炭生成过程中减活化剂的粘壁问题，不使用匣钵，并在回转炉上实现了无钵连续生产，生产出高质量的氮参杂电容炭。这一方法的生产装备要求简单、劳动强度低。
9、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述制备粗混料步骤，将木质素、碳酸钾、尿素三种原料分别用打粉机打磨成粉末，控制粉末的粒度目数为50-100目。
10、将三种原料打磨成上述粒度的粉末，可以很好地达到原料的均匀混合，碳源——木质素、裂解催化剂——碳酸钾和氮源——尿素实现充分混合，促使木质素裂解生成碳原子，并进一步与氮原子结合形成氮掺杂的碳结构。
11、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述制备软化融合的混合料步骤中，将所述粗混料平铺在搪瓷托盘或不锈钢托盘里，厚度≤5cm，置于135℃-145℃烘箱加热30-60min。软化融合过程需要的温度需要兼顾木质素、尿素，不能低于135℃，若太低，则有可能低于尿素熔点和木质素软化温度；也不宜过高，如高于145℃，则温度太高，有可能使木质素脱水焦化，还有可能使尿素发生缩合反应生成其他副产物。厚度不超过5cm能够确保软化融合过程粗混料受热面均匀，软化效率更高。
12、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述制备木质素基电容炭烧结块状原料步骤，趁热将所述烧结软化融合的混合料迅速切割成平均长度不超过2cm的小块。
13、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述制备木质素基电容炭原料步骤，先将所述烧结软化融合的混合料冷却固化，再切割或敲打成平均长、宽、高度不超过2cm的小块。
14、将软化融合的混合料趁热迅速切成小块的步骤和冷却固化的步骤不是固定不变的，可根据实际情况变通执行，例如可等待软化融合的混合料充分冷却固化后，再将切割或其敲打成小块。
15、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述后处理步骤中，所述第一次加水过滤重复2次以上，收集滤液置于聚四氟乙烯托盘中，120-125℃的烘箱中烘干12-16h。该过程也可以使用喷雾干燥造粒机进行，这样可以回收大量碳酸钾循环回用于其他需要用到碳酸钾的步骤中。
16、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述后处理步骤中，所述盐酸浸泡用的盐酸摩尔浓度为2m，浸泡时间超过12小时。
17、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述碳酸钾为纯度99％的工业碳酸钾，所述尿素为含氮量46％的尿素。
18、第二方面，专利技术人提供了一种木质素基氮参杂电容炭，根据本专利技术第一方面所述的无钵连续生产方法生产得到。本专利技术得到的木质素基电容炭的比表面可达到2077-2527m2/g，总孔容可达0.9280-1.532ml/g，其中，微孔面积占88％。经检测，氮参杂率可达到3-5％。
19、第三方面，专利技术人提供了一种本专利技术第二方面所述的木质素基氮参杂电容炭的应用。
20、区别于现有技术，上述技术方案至少具有以下有益效果：
21、(1)木质素基电容炭的生产方法在较低的温度下用简单的方法解决了电容炭行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备粗混料步骤，将木质素、碳酸钾、尿素三种原料分别用打粉机打磨成粉末，控制粉末的粒度目数为50-100目。
3.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备软化融合的混合料步骤中，将所述粗混料平铺在搪瓷托盘或不锈钢托盘里，厚度≤5cm，置于135℃-145℃烘箱加热30-60min。
4.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备木质素基电容炭烧结块状原料步骤，趁热将所述烧结软化融合的混合料迅速切割成小块。
5.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备木质素基电容炭烧结块状原料步骤，先将所述烧结软化融合的混合料冷却固化，再切割或敲打成平均长、宽、高度不超过2cm的小块。
6.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述后处理
7.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述后处理步骤中，所述盐酸浸泡用的盐酸摩尔浓度为2M。
8.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述碳酸钾为纯度99％的工业碳酸钾，所述尿素为含氮量46％的尿素。
9.一种木质素基氮参杂电容炭，其特征在于：根据权利要求1-8中任一项所述的无钵连续生产方法生产得到。
10.权利要求9所述的木质素基氮参杂电容炭的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备粗混料步骤，将木质素、碳酸钾、尿素三种原料分别用打粉机打磨成粉末，控制粉末的粒度目数为50-100目。
3.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备软化融合的混合料步骤中，将所述粗混料平铺在搪瓷托盘或不锈钢托盘里，厚度≤5cm，置于135℃-145℃烘箱加热30-60min。
4.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备木质素基电容炭烧结块状原料步骤，趁热将所述烧结软化融合的混合料迅速切割成小块。
5.根据权利要求1所述的木质素基氮参杂电容炭的无钵连续生产方法，其特征在于：所述制备木质素基电容炭烧结块状原料步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜奇石，周凌强，王雪松，黄炜豪，黄居茂，
申请(专利权)人：三明市缘福生物质科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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