[發明專利]一種由稻殼制備超級電容器用活性炭材料的綠色循環工藝

有效

• 申請號: 201410342394.9
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104150478A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 林海波;劉德臣;李陽;陸海彥;張文禮
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12;C01B33/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王壽珍;朱世林

技術領域

本發明屬于資源綜合利用和電化學超級電容器技術領域，尤其涉及到一種由稻殼制備超級電容器用活性炭材料的綠色循環工藝。

背景技術.

超級電容器作為一種新型的儲能裝置，因其具有功率密度大、充放電效率高、循環壽命長等特點，受到了人們的廣泛關注。電極材料是決定超級電容器性能的重要因素。活性炭由于具有良好的電學特性、資源豐富、結構多樣和適宜的價格，已經成為最有商業競爭力的超級電容器電極材料。活性炭一般以含碳前軀體為原料，經高溫炭化、活化制備得到。炭化過程實質上是炭的富集過程，只是形成了初步的孔隙結構。具有優異性能的活性炭材料主要取決于它的前驅體和活化方法。活性炭制備的前驅體主要有煤、石油、木材、聚合物以及生物質材料。生物質來源廣，具有可再生性，越來越為人們所重視。

稻殼作為稻谷加工過程產生的廢棄物，數量十分龐大。稻殼有效利用對于資源、環境以及社會發展具有重要意義。以稻殼制備活性炭的相關研究已經成為一個熱點。近年來，許多專利報道了以稻殼為原料制備超級電容器用活性炭材料的方法。

專利CN102431993A公開了一種以稻殼為原料制備超級電容器用中孔炭材料的方法，該方法以稻殼為碳源，氯化鋅為活化劑，通過微波輔助加熱氯化鋅活化稻殼獲中孔炭材料，所制備的活性炭具有較高的中孔分布，將其作為電化學電容器的電極材料具有很好的快速充放電性能。專利CN102205963A公開了一種以稻殼為原料制備超級電容器用活性炭的制備方法，將稻殼用一定濃度的無機酸水解得到糖酸溶液，通過縮聚炭化制備水熱碳，用活化劑活化水熱碳制備超級電容器用活性炭，獲得的活性炭具有較高的比電容。然而，這些專利存在活化劑和水消耗量高，廢液排放量大，制備成本高，環境污染嚴重等問題。為了解決由稻殼制備電容炭過程中的成本高、廢物排放量大問題，專利CN101804988A公開了一種利用稻殼制備活性炭同時回收二氧化硅的方法，該方法中將原料碳酸鈉高溫分解后與稻殼灰反應生成硅酸鈉，經水溶后得到水玻璃和活性炭，水玻璃與通入的二氧化碳反應生成二氧化硅，實現了碳酸鈉的循環利用。專利CN101920966A公開了一種利用稻殼灰制備活性炭和多孔納米二氧化硅的方法，稻殼灰在堿式碳酸鹽下堿溶，過濾后，在濾液中加入分散劑制備出多孔納米二氧化硅，濾渣加入活化劑，活化得到高比表面積活性炭，該專利實現了稻殼灰溶硅過程所用的碳酸鹽的循環利用。然而這些專利僅關注了稻殼組成的綜合利用，制備的活性炭不能用于超級電容器，而且水消耗量高、廢液排放量大問題也沒有解決。

發明內容

本發明的技術方案如下：

一種由稻殼制備超級電容器用活性炭材料的綠色循環工藝，主要包括以下步驟：

(1)將稻殼清洗、干燥、研磨；

(2)將上述步驟(1)得到的稻殼在氮氣或者氬氣保護下進行炭化，得稻殼炭化物；

(3)將上述步驟(2)得到的炭化物與氫氧化鉀或氫氧化鈉活化劑按質量比1:1-5混合，加入水混合均勻，烘干，進行活化；

(4)將活化產物加入50-100℃水中浸泡，過濾，用沸水洗滌到中性，過濾，100-120℃干燥12-24h后研磨至150-300目得高比電容稻殼基活性炭材料；

(5)將上述步驟(4)中的濾液回收，調整溫度為50-100℃，加入濃度為2％-20％鹽酸溶液進行酸化，控制鹽酸滴加速度為0.1-1ml/min，控制終點pH＝3-9，陳化時間0.5-5h，過濾、洗滌、干燥，得納米二氧化硅產品；

(6)將上述步驟(5)中過濾得到的濾液純化、精制，得到氯化鉀或氯化鈉溶液；

(7)將上述步驟(6)得到氯化鉀或氯化鈉溶液利用上述步驟(3)中產生的余熱蒸發、濃縮至飽和，得到飽和氯化鉀或氯化鈉溶液，蒸發得到的蒸餾水回收備用；

(8)將上述步驟(7)得到的飽和氯化鉀或氯化鈉溶液進行一次精制和二次精制，得到二次飽和氯化鉀或氯化鈉溶液；

(9)將上述步驟(8)得到的飽和氯化鉀或氯化鈉溶液采用離子膜電解槽電解，得到氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液；

(10)將上述步驟(9)中得到的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液蒸發、結晶、干燥，得到固體氫氧化鉀或氫氧化鈉，作為步驟(3)中的堿活化劑循環利用，蒸發得到的蒸餾水回收備用；

(11)將上述步驟(7)和步驟(10)中得到的蒸餾水用于步驟(4)、(5)的洗滌用水，實現水在制備過程中的循環利用。

步驟(2)中所述的炭化溫度為350℃-550℃，炭化時間0.5-2h。