本发明专利技术公开了一种磺化沥青基活性炭及其制备方法和应用。该活性炭平均粒径为20～40μm，比表面积为1838～3291m2/g，孔容为0.99～2.23cm3/g，孔径为2～5nm的小中孔比率高。制备方法过程：将磺化沥青粉与去离子水混合，经过滤、调节滤液pH值、沉降、收集沉淀物、洗涤和干燥，得到水溶性的磺化沥青粉末；所制的粉末与KOH水溶液混合，再经干燥及三段活化得磺化沥青基活性炭。本发明专利技术的优点：原料磺化沥青具有良好的水溶性，能与KOH溶液以纳米尺寸接触，减少了KOH的用量，省去了氧化稳定化过程，制备简单、成本低和污染轻。所制的活性炭用作双电层电容器电极材料，比电容高，循环性能好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磺化浙青基活性炭及其制备方法和应用，属于活性炭
技术介绍
双电层电容器具有成本低、比电容大、充放电简单且循环寿命长等优点，成为近年来发展很快的一种新型储能元件。典型的炭电极材料有活性炭、炭纤维、碳纳米管和炭凝胶。活性炭来源广泛、价格低廉、导电性好、比表面大、电化学稳定性好，是目前使用最多的双电层电容器电极材料。活性炭的比表面积决定了双电层电容器的比电容，但是并非所有的表面积都是有效的。由于分子筛分作用，部分小微孔是不可进入的。对于不同的电解液，最优的孔尺寸是不同的。因此设计合理的孔分布对提高比电容有重要意义，其中微孔主要用来存储电荷，对比电容的贡献更大，中孔主要作为离子的传输通道，对材料的倍率性能有很大的影响。然而活性炭的微孔结构限制了电解液对微孔内表面的浸润，使得高比表面积得不到充分的利用。因此提高小中孔的含量有利于增大有效比表面积，从而增大比电容。贾殿赠等以腐殖煤为前驱体，采用多段热处理方式，制得具有微孔-介孔复合孔结构的活性炭，该方式提高了活化剂的利用率，减少了活化剂的用量，通过控制终温可以调节微孔、介孔的比例(CN201210179358.6)。王瑨等以不同种类的浙青为原料制备了两亲性炭材料，将其作为前驱体制备活性炭，在碱炭比为2 4的条件下所制活性炭的比表面积可达3000 3400m2/g，孔径为2 5nm的小中孔占有率为25% 32%(CN201010188981. 9)。磺化浙青是浙青的磺化产品，主要成分为浙青磺酸钠，富含官能团，其表面的含氧官能团不仅能增加电解液的浸润性，还能提供赝电容。目前尚无将磺化浙青经合适的处理制备双电层电容器用活性炭电极材料的报道
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磺化浙青基活性炭及其制备方法和应用，该活性炭具有比表面大和孔容高的特点，其制备方法简单，作为双电层电容器电极材料，具有比电容高、循环性能好的特性。本专利技术是通过下述技术方案加以实现的一种磺化浙青基活性炭，该磺化浙青基活性炭来自于磺化浙青，所述的磺化浙青中磺酸钠基官能团的含量> 10%,其特征在于,该磺化浙青基活性炭颗粒的平均粒径为20 40μπι，比表面积为1838 3291m2/g，孔容为O.99 2. 23cm3/g，孔径为2 5nm的小中孔比率达42. 4% 97. 8%。上述的磺化浙青基活性炭制备方法，其特征在于包括以下步骤 I)将磺化浙青粉与去离子水按质量比1: 15 25混合，置于80°C水浴锅中搅拌I 4h，过滤，滤液中加入IM HCl溶液，调节pH值小于2，沉降12 24h，收集沉淀物，沉淀物用去离子水洗至洗涤液呈中性，然后在80 120°C温度下干燥，得到水溶性的磺化浙青粉末。2)按步骤I)得到的水溶性磺化浙青粉末与KOH质量比为1:1 3，将水溶性磺化浙青粉末与质量浓度为10 40%的KOH水溶液混合，搅拌均匀，将混合液放于烘箱中，在80 120°C温度下干燥12 24h后得固形物，将固形物放入活化炉，在氮气气氛下进行三段活化首先以I :TC /min升温速率升温至200°C，恒温2h，再以I TC /min升温速率升温至360°C，恒温2h，最后以5°C /min升温速率升温至800 1000°C，恒温O. 5 2h，活化后的固形物用沸水洗涤I 2h，再用IM HCl溶液煮沸洗涤lh，最后用去离子水洗涤到洗涤液呈中性，再于80 100°C下干燥后得到磺化浙青基活性炭。上述磺化浙青基活性炭或上述方法制备的磺化浙青基活性炭的应用，用作双电层电容器电极材料。本专利技术的优点如下本专利技术首次以磺化浙青为原料制备了双电层电容器用活性炭电极材料。磺化浙青价格低廉，富含官能团，具有良好的水溶性，使其与KOH溶液能以纳米尺寸接触，克服了传质阻力，降低了浓度梯度，使活化过程均匀进行，减少了 KOH的用量，省去了氧化稳定化过程，降低了成本，减少了环境污染。所制活性炭的比表面积可达1838 3291 m2/g，富含2 5nm小中孔，微孔-介孔比例可以通过控制活化温度及活化时间进行调节。将该活性炭用作电容器电极材料，经过电化学测试表明，其质量比电容高，循环性能好。附图说明图1是本专利技术实施例1所制磺化浙青基活性炭的氮气吸脱附等温线图。图2是本专利技术实施例1所制磺化浙青基活性炭的孔径分布图。图3是本专利技术实施例1所制磺化浙青基活性炭制得的电极在6M KOH电解液中分别在50mV/s、100mV/s和200mV/s的扫描速率下的循环伏安曲线图。图4是本专利技术实施例1所制磺化浙青基活性炭制得的电极在6M KOH电解液中的循环性能图。 具体实施例方式下面通过具体实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例11.将20g磺化浙青粉末溶于300mL去离子水中，置于80°C水浴锅中搅拌4h，过滤，滤液中加入30mL IM HCl溶液，调节pH值小于2，沉降12h，收集沉淀，用去离子水洗至中性，在80°C下干燥24h，得到IOg磺化浙青水溶物。2.取步骤I制得的5g磺化浙青水溶物加入到由5g KOH和40mL去离子水配成的碱溶液中，搅拌均匀，放入烘箱中在80°C下干燥12h得固形物。将固形物放入活化炉中，在氮气气氛中以1. 50C /min升温速率升温至200°C，停留2h，再以1. 5°C /min升温速率升温至360°C，停留2h，最后以5°C /min升温速率升温至800°C，停留O. 5h。自然冷却至室温，先用500mL去离子水煮沸洗涤lh，再用500mL IM HCl溶液煮沸洗涤lh，最后用500mL去离子水反复洗涤3次至洗涤液呈中性，在80°C下烘干，得到O. 92g磺化浙青基活性炭。3.将步骤2得到的磺化浙青基活性炭采用TriStarfOOO型N2吸附仪进行测试，结果表明其BET比表面积为1838m2/g，孔容积为O. 99cm3/g，其中微孔所占比例为49. 5%，孔径为2 5nm小中孔所占比例为42. 4%，孔结构为微孔-小中孔复合孔道。将O. 2g样品、O. 025g导电炭黑(Carbon VXC 72)和O. 025g粘结剂(PTFE)混和均匀，调浆，压膜，压到泡沫镍上，选择质量相等的极片组装成对称电容器，以6M KOH溶液为电解液。采用武汉金诺电源有限公司生产的LAND CT 2001A型电池测试仪，PARSTAT 2273电化学工作站分别研究样品的循环性能和循环伏安特性。测试结果表明当扫描速率达到200mV/s时样品的CV曲线仍呈现标准的理想矩形，在电流密度为lA/g时，循环5000次后比电容仍能保持220F/g。实施例21.将20g磺化浙青粉末溶于500mL蒸馏水中，置于80°C水浴锅中搅拌lh，过滤，滤液中加入30mL IM HCl溶液，调节pH值小于2，沉降24h，收集沉淀，用去离子水洗至中性，在120°C下干燥24h，得到IOg磺化浙青水溶物。2.本实施例与实施例1不同之处在于活化终温由800°C变为1000°C，停留时间由O. 5h变为2h，最终制得磺化浙青基活性炭的质量由O. 92g变为O. 90g。3.将步骤2得到的磺化浙青基活性炭采用TriStarfOOO型N2吸附仪进行测试，结果表明其BET比表面积为2596m2/g，孔容积为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磺化沥青基活性炭，该磺化沥青基活性炭来自于磺化沥青，所述的磺化沥青中磺酸钠基官能团的含量≥10%，其特征在于，该磺化沥青基活性炭颗粒的平均粒径为20～40μm，比表面积为1838～3291m2/g，孔容为0.99～2.23cm3/g，孔径为2～5nm的小中孔比率达42.4%～97.8%。
【技术特征摘要】
1.一种磺化浙青基活性炭,该磺化浙青基活性炭来自于磺化浙青，所述的磺化浙青中磺酸钠基官能团的含量≥10%，其特征在于，该磺化浙青基活性炭颗粒的平均粒径为20 40 μ m,比表面积为1838 3291m2/g，孔容为O. 99 2. 23cm3/g，孔径为2 5nm的小中孔比率达42. 4% 97. 8%。2.一种按权利要求1所述的磺化浙青基活性炭制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)将磺化浙青粉与去离子水按质量比1: 15 25混合，置于80°C水浴锅中搅拌1 4h，过滤，滤液中加入1M HCl溶液，调节pH值小于2，沉降12 24h，收集沉淀物，沉淀物用去离子水洗至洗涤液呈中性，然后在80 120°C温度下干燥，得到水溶性的磺化浙青粉末；2)按步骤1)得到的水溶性磺化浙青粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成扬，郭艳，陈明鸣，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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