[發明專利]以稻殼為原料制備電化學電容器用中孔炭材料的方法

無效

• 申請號: 201110283716.3
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102431993A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 何孝軍;凌平華;李如春;鄭明東;張小勇;余謨鑫
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 周宗如

技術領域

本發明屬于炭材料與微波化學技術領域，具體涉及一種以稻殼為原料制備電化學電容器用中孔炭材料的方法。

背景技術

孔徑介于2-50nm的中孔炭材料具有吸附能力強、化學穩定性好、機械強度高和使用失效后易再生等特點，廣泛應用于食品、化工、能源和環保等領域。生產中孔炭的原料主要有礦物質、木質和其它含碳原料。礦物質主要為各種煤和石油及其加工產物，礦物質為一次性資源，不可再生。木質類主要為木屑、木炭、稻殼、稻草等，可再生，且價廉、易得。

我國是水稻生產大國,?稻殼是稻谷加工后的副產品，約占稻谷重量的20%。我國稻殼生產量約占全球的1/3以上，資源豐富，但是其利用率非常低。稻殼中木質素含量較高,不易吸水,直接施放到田間作肥料不易腐爛,大多作為初級燃料燃燒,?燃燒時不僅污染環境，而且造成了資源的浪費。以稻殼為碳源制備電化學電容器用中孔炭材料，不僅可以制備出性能較好、價格低廉的中孔炭，而且還解決了廢棄的農作物副產品被當做燃料使用造成的環境污染問題。

采用物理活化和化學活化法可以由稻殼制備活性炭或者中孔炭。化學活化法中主要以氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀或氫氧化鈉等作為活化劑，這些方法共同的缺點是以傳統的管式爐進行加熱，其加熱/活化時間較長，活化工藝復雜，活化溫度較高，成本高。探索以稻殼為原料制備電化學電容器用中孔炭材料的有效方法具有重要意義。

專利98114553.1公布了超高比表面積活性炭的制備方法。該方法中，稻殼在400-600℃下進行3－5?h碳化后，將碳化物與氫氧化鉀按重量比為1：3混合，在400℃下處理30min后，升溫到750℃進行活化60min，制得活性炭的比表面積為2850m²/g。專利200910310025.0公布了以稻殼、秸稈為原料制取活性炭的方法。該方法中先將稻殼、秸稈分別粉碎后，按1：（3－5）的重量比將稻殼粉與秸稈粉混合得到混合料后，在850－950℃下進行碳化，向碳化后的炭末中依次加入質量濃度為1－3%的鹽酸水溶液和3－5%的磷酸水溶液在120－130℃下攪拌1.5－2.5h后過濾，在440－460℃下干燥3.5－4.5h，得到酸處理的炭末。向酸處理后的炭末中加入質量濃度為3－5%的氫氧化鈉溶液，在120－130℃下攪拌1.5－2.5?h后過濾，在440－460℃下干燥3.5－4.5h。制得活性炭的碘吸附值大于1000mg/g，亞甲基藍吸附率大于135mg/g。

論文“Production?of?activated?carbon?from?bagasse?and?rice?husk?by?a?single-stage?chemical?activation?method?at?low?retention?times”（Bioresource?Technology,?99?(2008)?6809－6816）提出了以稻殼為原料，在二氧化碳氣氛中，當氯化鋅與稻殼的質量比為1：1，活化溫度為700^oC時，所制得活性炭的比表面積達到750m²/g。論文“Characteristics?of?microporous/mesoporous?carbons?prepared?from?rice?husk?under?base-?and?acid-treated?conditions”（Journal?of?Hazzardous?Material?171?(2009)?693－703）采用常規加熱法由稻殼制備了活性炭；論文中，稻殼被氫氧化鈉溶液預處理后，當磷酸或氯化鋅與稻殼的質量比分別為2：1，于500℃下活化60min后，所得活性炭的比表面積分別為1741m²/g和2434m²/g,總孔容分別為1.32cm³/g和1.34cm³/g。

從上述文獻可以看出，以稻殼為碳源，采用常規加熱法制備活性炭或者中孔炭的工藝，其工藝復雜，活化時間長，能耗高，成本高，增加了活性炭或中孔炭的生產成本。常規加熱是根據熱傳導、輻射、對流三種傳熱方式來完成的，是從物料的外部由外向內進行加熱，加熱的動力是熱流方向上的溫度差。大多數顆粒物料內部加熱速度慢，顆粒物料的內外溫度場不均勻，達到物體整體均勻加熱所需的時間很長，需經過較長時間才能完成活化過程。而且要獲得較高比表面積活性炭，只有顆粒物料的表層孔隙被活化垮塌后，顆粒物料中心孔隙才能形成。總體來說，常規活化方式耗時長，耗能高。

發明內容