[發明專利]一種石墨烯雜化高比表面積活性炭材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410067615.6
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103771415A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 陳鴻鈞;李永鋒
• 申請（專利權）人: 常州鴻昌高科新材料有限公司
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石墨烯雜化高比表面積石墨烯材料及其制備方法和應用，屬于活性炭材料制備方法技術領域。

背景技術

目前制備的高比表面活性炭通過強堿活化無定形炭制備，其導電性能很差，在制備超級電容器時需外加導電劑，影響其在電容器中的應用。本發明將一定量的石墨烯與碳化料混合后，通過KOH進行活化。通過控制石墨烯的添加量控制活性炭的導電性制備出的高比表面活性炭。石墨烯同時提供了高導電性能和高比表面積，同活性石墨烯相比，成本大大縮減。預期在超級電容器上擁有極好的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯摻雜高比表面積活性炭的連續化制備方法，采用干法混合原料和連續炭化反應器來生產高比表面積活性炭。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種高比表面積活性炭，所述活性炭的比表面積為2000～3000m²/g。

一種如本發明所述的活性炭的制備方法，其包括如下步驟：

將石墨烯粉末和碳化料混合后與強堿固體按照1∶(1～50)的質量比進行干混后，在500～1500℃的惰性氣氛中進行活化反應，得到高比表面積活性炭。

作為一種優選方案，所述石墨烯粉末的添加量為碳化料質量的1～50％。

作為一種優選方案，所述石墨烯是用氧化石墨烯經剝離法制備的。

作為一種優選方案，所述強堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣中的至少兩種。

作為一種優選方案，所述惰性氣氛是通過通入氮氣或氬氣實現的。

作為一種優選方案，所述活化反應的溫度為700～1200℃。

作為一種優選方案，所述剝離法選自微波剝離、熱還原剝離、和球磨法剝離中的一種。

作為一種優選方案，所述強堿選自氫氧化鉀、氫氧化鈉中的至少一種。

一種如本發明述活性炭應用于儲氫材料、鋰離子電池、超級電容器或者燃料電池，以及納電子器件、高頻電路、光子傳感器、基因電子測序和減少噪音器件的制造。

本發明與現有的工藝相比有以下有益效果：

1、安全可靠：采用干法混合原料，避免了KOH溶液的配制過程腐蝕設備，提高了生產過程中的安全性。

2、生產連續：整個反應過程均在固相狀態下進行，避免了整個過程在液、固兩相的轉變帶來的問題，使生產更加連續。

3、提高率生產效率，降低了生產成本；采用全自動炭化反應器，從進料到出料全自動操作，提高率生產效率，降低了生產成本。

4、采用本發明制備的活性炭產品質量穩定，比表面積達到2000～3000m²/g，具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。

實施例1

將氧化石墨微波剝離得到石墨烯，稱取30g石墨烯；將椰殼碳化料與石墨烯按重量100：1混合后，與KOH固體按1∶4的質量比加入到粉碎機里快速粉碎混合均勻；而后將混合均勻后的原料裝入鎳反應器內，封閉反應器后，通入氮氣，置換反應器中的空氣，在氮氣保護下升溫，升溫速度10～12℃/min，到450℃，恒溫2小時脫水；再繼續以升溫速度10～12℃/min，升溫到850℃，開始活化，恒溫120min，反應結束后在氮氣保護下降溫到室溫，取出產物進行水洗水洗，進行烘干制成產品，其BET表面積為2540m²/g。

實施例2

利用KOH活化劑活化制備高比表面活性炭材料的方法，包括以下制備步驟：

將氧化石墨微波剝離得到石墨烯，稱取40g石墨烯；將椰殼碳化料與石墨烯按質量比2∶1混合后，與KOH固體按1∶1的重量比加入到粉碎機里快速粉碎混合均勻；而后將混合均勻后的原料裝入鎳反應器內，封閉反應器后，通入氮氣，置換反應器中的空氣，在氮氣保護下升溫，升溫速度10～12℃/min，到450℃，恒溫2小時脫水；再繼續以升溫速度10～12℃/min，升溫到800℃，開始活化，恒溫120min，反應結束后在氮氣保護下降溫到室溫，取出產物進行水洗水洗，進行烘干制成產品，其BET表面積為2540m²/g。。

實施例3

利用KOH活化劑活化制備高比表面活性炭材料的方法，包括以下制備步驟：