[發明專利]利用蘋果修剪廢枝制備的超級電容炭及制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010870184.2
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111977650B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 張嚴磊;唐志書;宋忠興;趙朝陽;雷莉妍
• 申請（專利權）人: 陜西中醫藥大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;C05F11/00;C05G3/00;H01G11/34;H01G11/44;A01N61/02;A01P21/00
• 代理公司: 西安佩騰特知識產權代理事務所(普通合伙) 61226
• 代理人: 姚敏杰

本發明屬于木質活性炭技術領域，涉及一種利用蘋果修剪廢枝制備的超級電容炭及其方法，包括以下步驟：1)將蘋果修剪廢枝粉碎成小段廢枝；2)將小段廢枝干餾預碳化得到預碳化產物、干餾液及木煤氣；3)預碳化產物與活化劑混合得到活化產物；4)活化產物用酸性溶液攪拌、洗滌、過濾得到一次固體和一次液體；一次固體用熱水洗滌過濾得到二次固體和二次液體，二次固體干燥粉碎得到超級電容炭；5)一次液體和二次液體混合，用干餾液調節pH得到有機液體肥料。本發明為高性能超級電容炭的開發提供一種新型、廉價的原料，同時為蘋果修剪廢枝的綜合開發和利用提供一條高值化的、新的途徑；降低生產成本，減少環境污染。

技術領域

本發明屬于木質活性炭技術領域，涉及一種利用蘋果修剪廢枝制備的超級電容炭及其制備方法和應用。

背景技術

蘋果樹每年都要修枝整型，會產生大量的廢棄果樹枝，根據相關研究報道，每株蘋果樹每年平均的剪枝量為12.3Kg左右，每畝蘋果樹種植株數為70株左右，這意味著每畝蘋果樹每年將產生鮮重896Kg，折合干重493Kg的修剪廢枝(李少陽陜西蘋果修剪枝作為生物質再生能源利用研究[D],西北農林科技大學，2009)，由此推算每年修剪產生的蘋果樹廢枝將達數百萬甚至上千萬噸之多。如此數量龐大的蘋果修剪廢枝，目前并沒有很好的開發利用途徑，大多堆放在田間地頭自然腐爛，造成環境的污染，并且有引發火災的隱患。因此，迫切需要開發一種蘋果修剪廢枝的開發利用途徑，解決日益增加的蘋果修剪廢枝的處理難題。

超級電容器是目前熱點的研究領域之一，與鋰離子電池及鉛酸電池相比，超級電容器具有電容量大、充放電壽命長、工作溫度范圍寬、快速充電、大電流放電、可任意并聯增加電容量、比功率高，循環壽命長，環境友好，安全系數高等優點。

超級活性炭材料是超級電容器的核心，以活性炭材料作為超級電容器的電極材料具有成本低、實用性強、生產制備工藝成熟、比容量高等優勢。決定這些性能的影響因素主要有原料、活化方法等，其中主要決定因素為理想的原料。理想的超級電容炭材料應具有較大的比表面積、合理分布的大孔、中孔與微孔結構，低的雜原子含量，這些因素的相互作用從而能產生理想的高比容量、高能量密度、穩定的循環性能以及倍率性能等。

但是，目前的技術制備超級電容活性炭還存在原料來源不穩定、電化學性能差而且制備工藝復雜、成本較高的問題，因此急需一種能夠從原料、成分、電化學性能等綜合考量適于量產的超級電容炭制備技術。

發明內容

針對上述蘋果廢枝處理難以及電容碳生物質原料存在的技術問題，本發明提供一種利用蘋果修剪廢枝制備的超級電容炭及其制備方法，為高性能超級電容炭的開發提供一種新型、廉價的原料，同時為蘋果修剪廢枝的綜合開發和利用提供一條高值化的新途徑；降低生產成本，減少環境污染。

同時本發明還提供了用上述超級電容炭制得的超級電容器。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種利用蘋果修剪廢枝制備超級電容炭的方法，方法包括以下步驟：

1)將蘋果修剪廢枝粉碎成小段廢枝；

2)將步驟1)中的小段廢枝在干餾釜中干餾預碳化處理得到預碳化產物、干餾液；

3)將步驟2)得到的預碳化產物與活化劑混合后高溫活化，得到活化產物；

4)將步驟3)得到的活化產物用酸性溶液洗滌，過濾，得到一次固體和一次液體；一次固體用熱水洗滌雜質和灰分，過濾，得到二次固體和二次液體；將二次固體干燥、粉碎處理，得到超級電容炭。

進一步的，所述步驟4)之后還包括步驟5)，具體為：步驟4)中的一次液體和二次液體混合，用步驟2)的干餾液調節pH為4～5，得到有機液體肥料。