[發明專利]一種利用混合熔鹽為活化劑制備超級電容器用活性炭的方法

無效

• 申請號: 201310685936.8
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104709905A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 閻興斌;王培煜;郎俊偉;薛群基
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明涉及一種利用混合熔鹽為活化劑制備超級電容器用活性炭的方法。

背景技術

活性炭的工業生產和應用歷史悠久，活性炭材料不是一般意義上的無定型碳，也不是像金剛石一樣的完全結晶碳，而是具有類似石墨基本微晶的層狀結構。活性炭以碳為主，與氫、氧、氮等相結合，具有良好的吸附作用。活性炭來源廣泛，具有高的比表面積，優良的導電性能，極好的化學穩定性和較低的膨脹系數，且可根據需要制成多種形態等特點，使其被廣泛應用于液相吸附、氣相吸附、催化劑及其載體、血液凈化、汽車炭罐等領域，并且成為超級電容器使用最多的一種電極材料。研究表明，高的比表面積和有效的孔徑分布是活性炭材料產生高的電化學比容量的主要因素。

目前，制備活性炭方法可分為物理活化法，化學活化法以及化學物理活化法。化學活化對設備腐蝕性大，污染環境，其制得的活性炭中殘留化學藥品活化劑，應用方面受到限制。物理活化生產活性炭的收率不高，且活化溫度較高，需先進行炭化再活化。目前世界各國都在研究、探討將化學活化法和物理活化法結合起來，用新型的生產工藝，生產出孔隙結構更加合理、發達、吸附性能更優越、用途更廣泛的活性炭產品。

常規活性炭一般是以煤為原料來制備的，由于煤的雜質灰分含量高導致活性炭的雜質灰分含量高、比表面積低、吸附性能不佳、電化學性能差，這就直接影響活性炭在許多領域的應用。另外，制備活性炭時大都采用KOH為活化劑，這就加大了對活化設備的腐蝕，增加了生產成本，也不利于其廣泛應用。中國是世界焦炭生產大國，瀝青和煤焦油資源豐富，且雜質灰分含量較低，如果能夠發明一種簡單、可控、快捷、高效、低能耗、無腐蝕、無污染且產品質量穩定的方法由瀝青或者煤焦油大規模制備出活性炭，將會對其的進一步開發和應用產生非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以混合熔鹽為活化劑，將瀝青或者煤焦油一步炭化-活化制備活性炭的方法，此方法制備工藝簡單，成本低廉，且過程安全可控，適用于規模化生產活性炭材料，并且制備的活性炭比表面積高，適用于制備超級電容器用活性炭。

本發明采用瀝青或者煤焦油為原料，將其和混合熔鹽一起混合均勻，在氬氣或氮氣保護下，將混合物置于炭化爐中進行炭化，最后把炭化后的產物粉碎后洗滌干燥，即得到活性炭。

一種利用混合熔鹽為活化劑制備超級電容器用活性炭的方法，其特征在于該方法步驟為：

1）以瀝青或者煤焦油為原料，將其與由LiCl和ZnCl₂組成的混合熔鹽、或由NaCl和ZnCl₂組成的混合熔鹽、或由KCl和ZnCl₂組成的混合熔鹽混合均勻，得到混合物；

2）在氬氣或氮氣保護下，將混合物于600℃～1200℃下炭化0.5?h～5?h；

3）將炭化后的產物粉碎后再用清水洗滌，烘干后得到黑色的活性炭材料。

本發明所述的由LiCl和ZnCl₂組成的混合熔鹽組成為LiCl?15～45?wt%，ZnCl_2?55～85?wt%。

本發明所述的由NaCl和ZnCl₂組成的混合熔鹽組成為NaCl?15～45?wt%，ZnCl_2?55～85?wt%。

本發明所述的由KCl和ZnCl₂組成的混合熔鹽組成為KCl?15～45?wt%，ZnCl_2?55～85?wt%。

本發明所述的混合熔鹽與瀝青或煤焦油的質量比為6:1～1:1。

本發明所述的炭化的升溫速率為0.5℃/min～10℃/min，炭化溫度優選為800?℃～1000℃，炭化時間優選為1?h～2?h。

本發明的特點及有益效果是：

本發明成本低、一步炭化過程簡單、可大量制備且過程安全可控，制備出的活性炭具有很高的比表面積和有效的介孔-微孔孔徑分布，具有高的電化學比容量、良好的大電流充放電性能和循環穩定性。

利用混合熔鹽為活化劑，一步炭化-活化制備具有優良的電化學性能的活性炭材料，是發展高比能、低成本超級電容器的一個有效途徑。另外，高性能活性炭材料的附加值高，還可用于工業吸附劑和鋰離子電池等產業。

附圖說明

圖1為以KCl?和ZnCl₂的混合物為混合熔鹽，瀝青為碳源，在1000℃下碳化，混合熔鹽和瀝青比例為3:1時，所得活性炭的N₂吸附脫附曲線

圖2為與圖1相對應的孔徑分布圖。