[發明專利]一種電化學電容器用中孔炭材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110284751.7
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102424383A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 何孝軍;李如春;鄭明東;韓久鳳;凌平華;張小勇
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12;B09B3/00
• 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，具體涉及一種電化學電容器用中孔炭材料的制備方法。

背景技術

中孔炭具有較高的比表面積、孔隙率和良好的物理化學特性，在能源、化工和環保等領域有廣泛的應用。不同的應用目的對中孔炭材料的孔徑大小要求不同，隨著人們對中孔炭要求的提高，開發孔徑、孔容可調變的、廉價的中孔炭得到了人們的廣泛關注。廉價的原料和高效制備方法的選擇是低成本制備中孔炭材料的關鍵。

制備中孔炭材料的原料主要有煤、石油、生物質和其它含碳原料。其中，煤和石油為一次性礦石資源，不可再生。生物質原料主要是木材和各類果殼。木材以砍伐林木為代價；而果殼可再生。我國是花生生產大國，年產農業廢棄物花生殼達500萬噸。以花生殼為碳源，制備電化學電容器用中孔炭材料，不僅可以改變我國目前花生殼資源極度浪費的現狀，取得可觀的經濟效益，而且可以減少因焚燒和拋棄花生殼帶來的環境污染。探索由花生殼制備電化學電容器用中孔炭材料具有環保和節約資源雙重意義。

傳統的模板法、物理/化學活化法、催化活化法、有機凝膠炭化法可以制備中孔炭，但是，這些方法的一個共同缺點是以傳統的管式爐進行加熱，其加熱/活化時間較長，活化溫度較高，成本高。模板法中主要采用硅質硬模板，硅質硬模板的去除需要氫氟酸洗滌，導致硬模板工藝對環境污染嚴重。探索由花生殼制備電化學電容器用中孔炭材料具有環保和節約資源雙重意思。

專利200910043229.2公布了一種儲能用多孔炭材料的制備方法。該方法以比表面積為1100m²/g的二氧化硅為模板，中間相瀝青為碳源，瀝青和二氧化硅研磨混勻后放入電爐中，在氮氣保護下以5℃/min的升溫速率將電爐升溫至300℃后保溫8h，然后以10℃/min的升溫速率將電爐升溫至900℃后保溫1h，最后在氮氣保護下冷卻至室溫；用30%的氫氟酸去除二氧化硅模板、水洗、過濾、干燥后，制得的多孔炭的比表面積為600m²/g，平均孔徑為5.0nm，多孔炭的比容達220F/g。專利98123530.1公布了一種中孔瀝青基球狀活性炭的制備方法。該方法是將一次活化制得的具有一定比表面積的瀝青基球狀活性炭在氯化亞鐵和氯化鈷等金屬化合物的溶液中浸漬和干燥后，在800-1000℃下用水蒸氣或者二氧化碳進行二次活化，制得活性炭的比表面積在1048-1650m²/g之間，總孔容介于0.58-0.86cm³/g之間，中孔比例介于38-71%。專利200610134271.1公布了以瀝青烯類物質為原料制備有序結構中孔炭的方法。該方法是以煤直接液化過程中的副產物瀝青烯類物質為碳源，中孔硅分子篩為模板，經模板和原料的預處理、有機物/模板復合物的制備、炭/模板復合物的制備、模板的去除等復雜、昂貴的工藝步驟，制得中孔炭，所得中孔炭的比表面積介于450-1200m²/g之間，孔容介于0.4-1.5cm³/g之間。

論文“Peanut?shell?activated?carbon:?characterization,?surface?modification?and?adsorption?of?Pb²⁺?from?aqueous?solution”（Chinese?Journal?of?Chemical?Engineering,?16(3)?(2008)?401－406）提出了以花生殼為原料，磷酸為活化劑，當磷酸/花生殼質量比為1：1時，在550^oC活化120min制得的活性炭比表面積為1019m²/g，總孔容為0.75cm³/g。論文“Characteristics?of?activated?carbon?from?peanut?hulls?in?relation?to?conditions?of?preparation”（Materials?Letters,?57?(2002)?164－172）提出了采用常規加熱法由花生殼制備活性炭的方法。論文中，用85%的磷酸浸泡花生殼后，當磷酸/花生殼質量比為1：1時，于500^oC活化180min后，所得活性炭的比表面積為1177m²/g，總孔容為0.60cm³/g。