[發(fā)明專利]一種連續(xù)化制備超級(jí)電容活性炭的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811236151.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN109052392A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳成猛;孫國(guó)華;姚錦龍;朱慶華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所;山西美錦能源股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/312
• 分類號(hào): C01B32/312;C01B32/348
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

一種連續(xù)化制備超級(jí)電容活性炭的方法是將炭前驅(qū)體和固態(tài)堿混合，在球磨機(jī)中粉碎后置于加料倉(cāng)中，當(dāng)螺桿擠塑機(jī)溫度達(dá)到160?250℃時(shí)，打開加料倉(cāng)，經(jīng)過螺桿的攪動(dòng)形成混合漿料，混合漿料在螺桿的擠壓下通過篩板擠出連續(xù)條狀物料，進(jìn)入高溫活化爐活化，洗滌過濾，直到濾液pH值為中性，烘干得超級(jí)電容活性炭。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：本方法工藝路線簡(jiǎn)單、快速高效、可大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種活性炭的制備方法，具體地說涉及一種連續(xù)化制備超級(jí)電容活性炭的方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容活性炭具有高的比表面積、豐富的孔容、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)、高的耐熱和酸堿性能，被廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器、鉛碳電池、儲(chǔ)氫、醫(yī)療、軍工等領(lǐng)域。

目前制備超級(jí)電容活性炭的工藝主要采用堿活化法，將炭前驅(qū)體如石油焦、椰殼等原料進(jìn)行破碎、篩分、混堿、高溫活化、純化等工藝制備而成，其中尤為關(guān)鍵的是混堿工藝。常規(guī)混堿工藝主要以濕法混堿和干法混堿為主。濕法混堿是首先將堿與水配成堿的飽和溶液，然后與炭前驅(qū)體按照一定比例進(jìn)行混合，形成漿料，進(jìn)入活化爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)。如謝麗婧(Hierarchical porous carbon microtubes derived from willow catkinsfor supercapacitor applications,Journal of Materials Chemistry A,2016(4):1637-1646.)等以柳絮的炭化料為碳源，將其按照一定比例浸入到氫氧化鉀溶液中，然后進(jìn)行高溫活化制備高性能的多孔炭微管。該種工藝在低溫段會(huì)發(fā)生水的蒸發(fā)，使堿形成結(jié)晶，進(jìn)而析出，導(dǎo)致在高溫段難以活化造孔。干法混堿是將堿和炭前驅(qū)體直接混合，進(jìn)入活化爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)。如黃勇(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01711214886.X)等將活性炭原料破碎到一定目數(shù)后與堿金屬活化劑直接混合，然后加熱到300-500℃得到預(yù)處理活性炭，進(jìn)而加熱至700-900℃通入活化氣體得到活化活性炭。該技術(shù)雖然容易活化造孔，但堿炭混合不均勻，導(dǎo)致最終產(chǎn)品批次穩(wěn)定性差。此外，以上兩種工藝均有物料在活化爐中容易粘壁的瓶頸問題，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作。

為了解決這些問題，Arnold N.Wennerberg(U.S.Patent:No.:696634)等采用兩段式生產(chǎn)設(shè)備，低溫段采用帶攪拌的轉(zhuǎn)式爐，在物料熔融態(tài)時(shí)增加物料的混合均勻性，該種設(shè)備雖然能夠解決物料混合不均勻和高溫粘壁的問題，但由于是兩段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作。中國(guó)石油大學(xué)徐文東(高比表活性炭電極的制備及其電化學(xué)性能的研究，博士論文，2005年)采用高溫隧道爐進(jìn)行復(fù)合活化，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化操作，但由于物料處于靜態(tài)燒結(jié)，批次均勻性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝路線簡(jiǎn)單、快速高效、可大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，批次產(chǎn)品性能指標(biāo)均一性好的一種連續(xù)化制備超級(jí)電容活性炭的方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

(1)將炭前驅(qū)體和固態(tài)堿按照質(zhì)量比1:2-8進(jìn)行混合，在球磨機(jī)中粉碎至顆粒粒度達(dá)到100-650目,然后將混合物料置于螺桿擠塑機(jī)的加料倉(cāng)中；

(2)當(dāng)螺桿擠塑機(jī)溫度達(dá)到160-250℃時(shí)，打開加料倉(cāng)，然后經(jīng)過螺桿的攪動(dòng)形成混合漿料；

(3)混合漿料在螺桿的擠壓下通過篩板擠出直徑為1-15mm的連續(xù)條狀物料，混合漿料的擠出速率為30-200m/h；

(4)以上條狀物料進(jìn)入溫度為800-950℃的高溫活化爐活化0.5-2h，得到活化物料，條狀物料在活化爐中的進(jìn)料速率與混合漿料的擠出速率相同；

(5)將活化物料用去離子水進(jìn)行反復(fù)洗滌過濾，直到濾液pH值為中性；

(6)將步驟(5)獲得的固體物料在105-120℃烘干8-20h，即得超級(jí)電容活性炭。

所述的炭前驅(qū)體包括化石類原料、高分子類原料或生物質(zhì)類原料。