[發明專利]一種片狀活性炭材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610209697.2
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN107285312B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 吳敏;黃勇;趙猛猛;趙陽;莫茹娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C01B32/342
• 分類號: C01B32/342;C01B32/348;H01G11/34;H01G11/86
• 代理公司: 11257 北京正理專利代理有限公司
• 代理人: 張文祎;趙曉丹

本發明公開一種片狀活性炭材料，該片狀活性炭材料的微觀形貌為片狀，且該片狀活性炭材料的粒徑大小可調控，粒徑橫向尺寸可調控范圍為0.1?50微米，粒徑厚度可調控范圍為0.05?2微米。本發明還公開了該片狀活性炭材料的制備方法和應用。本發明的片狀活性炭材料作為雙電層電容器電極材料，使得到的雙電層電容器具有優異的電學性能。

技術領域

本發明涉及片狀活性炭材料的技術領域。更具體地，涉及一種片狀活性炭材料及其制備方法和應用。

背景技術

活性炭(activated carbon，AC)，是一種多孔碳材料，因其具有較大的比表面積(500～3000m²/g)，且原料來源廣，機械強度高，安全易再生，穩定性較好，廣泛應用于載體、環保、醫藥等領域，是一種優良的電極材料和吸附材料。

活性炭的生產包括活化和炭化兩個過程，目前通過傳統方法制備的活性炭為微球或者顆粒狀。公開號為CN 103769047 A的中國發明專利公開了一種片狀活性炭和顆粒狀活性碳粘結而成的成型活性炭，提高了成型活性炭的均勻度與吸附能力，但得到的成型活性炭也是不是片狀的。純片狀活性炭材料還未有報道。所以開發這一新型的活性炭材料將有很多新的應用空間。近年來，活性炭材料因其來源豐富、成本低廉、有發達的孔結構和較大的比表面積及具有良好的充放電穩定性，已經作為電容器的首選。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種片狀活性炭材料，該片狀活性炭材料的微觀形貌為片狀，粒徑大小可調控，粒徑橫向尺寸可調控范圍為0.1-50微米，粒徑厚度可調控范圍為0.05-2微米。

本發明的第二個目的在于提供一種片狀活性炭材料的制備方法，該制備方法簡單易得，制備時間短、成本低且使用的原料片狀纖維素的獲得方法簡單。

本發明的第三個目的在于提供一種片狀活性炭材料的應用，將片狀的活性炭材料用作電極材料，使得得到的雙電層電容器(超級電容器)具有優異的電學性能。

為達到上述第一個目的，本發明采用下述技術方案：

一種片狀活性炭材料，所述片狀活性炭材料的粒徑橫向尺寸為0.1-50微米，粒徑厚度為0.05-2微米。

進一步地，所述片狀活性炭材料的粒徑橫向尺寸為0.1-10微米。

為達到上述第二個目的，本發明采用下述技術方案：

一種片狀活性炭材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

將片狀纖維素與活化劑水溶液按固體質量比1：1-1：5混合均勻，干燥后，在N₂氣氛下，在650-900℃的溫度下反應0.5-4h；將反應產物冷卻，用5wt％-15wt％的HCl酸洗，浸漬處理10-20min，再用去離子水洗滌至中性，過濾，干燥，得到片狀活性炭材料。

優選地，所述片狀纖維素可選自天然纖維素或再生纖維素；

進一步地，所述天然纖維素選自天然草本植物或天然木本植物；所述再生纖維素選自粘膠纖維、銅氨纖維、天絲或堿尿素溶液纖維中的一種或幾種。

優選地，所述活化劑選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、磷酸或氯化鋅中的一種或幾種。

優選地，所述反應是在管式爐或電阻爐中進行。

參照公開號為CN104974357A的發明專利的制備方法，本發明的片狀活性炭材料的制備方法中，選用的片狀纖維素的制備方法為：

1)將纖維素材料和固態高分子研磨材料混合研磨；經研磨，纖維素微觀形貌呈片狀，得到片狀纖維素材料；

2)將步驟1)得到的片狀纖維素材料與固態高分子研磨材料分離，得到片狀纖維素。

其中：