[發(fā)明專利]一種糠醛渣多孔活性炭材料的制備方法及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011140792.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112265990A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬巖;郭曉櫻;王英雄
• 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
• 主分類號(hào): C01B32/324
• 分類號(hào): C01B32/324;C01B32/336;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 太原申立德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發(fā)明公開一種糠醛渣多孔活性炭材料的制備方法及其應(yīng)用，以糠醛渣為碳源原料經(jīng)粉碎、過篩及干燥，將糠醛渣碳化后與活化劑混合或通入活化氣體進(jìn)行活化處理，即得糠醛渣多孔活性炭材料。本發(fā)明以來(lái)源豐富的廢棄生物質(zhì)資源糠醛渣為原料，成本低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行、易于工業(yè)化，且能帶來(lái)良好經(jīng)濟(jì)效益，有利于生物資源充分利用。本發(fā)明制備的糠醛渣電容材料能量密度與功率密度優(yōu)異，是一種理想的超級(jí)電容器電極材料，在電力變電站和電動(dòng)汽車蓄電池、水凈化等領(lǐng)域均具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢棄生物質(zhì)資源開發(fā)利用材料領(lǐng)域，具體涉及一種糠醛渣多孔活性炭材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，利用可再生的生物質(zhì)作為碳源代替日益枯竭的化石燃料已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向。由于生物質(zhì)價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛，采用生物質(zhì)，尤其是廢棄農(nóng)林生物質(zhì)，作為制備多孔炭材料的原料是未來(lái)多孔炭材料研究領(lǐng)域中的重要組成部分。

理想的超級(jí)電容器用多孔炭不僅具有高的比表面積、孔隙率和石墨化程度，更需要具有多尺度可控的微觀結(jié)構(gòu)保證快速的離子浸潤(rùn)與傳輸。植物本身高度豐富、多層次的結(jié)構(gòu)，有利于離子的傳輸和營(yíng)養(yǎng)的快速傳遞。而不同的生物質(zhì)原料，其細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也不盡相同。天然的生物質(zhì)具有的精細(xì)結(jié)構(gòu)是人工不能合成的。天然多尺度結(jié)構(gòu)如果能較好保留將賦予生物質(zhì)碳材料更好的電化學(xué)性能。但是，在目前的研究中多數(shù)研究只關(guān)注于如何獲取更高比表面積的多孔炭，導(dǎo)致生物質(zhì)本身的天然結(jié)構(gòu)并未得到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明目的是提供一種比表面積較大，且具備豐富微孔和介孔結(jié)構(gòu)的糠醛渣多孔活性炭。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種糠醛渣多孔活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，預(yù)處理：將糠醛渣或改性糠醛渣經(jīng)粉碎、過篩及干燥后，得到糠醛渣或改性糠醛渣粉末原料；

步驟2，預(yù)碳化處理：將糠醛渣或改性糠醛渣粉末原料在惰性氣體保護(hù)下升溫至預(yù)碳化溫度后保溫；

步驟3，活化處理：將步驟2中預(yù)碳化后的糠醛渣或改性糠醛渣粉末進(jìn)行化學(xué)活化或物理活化處理；

步驟4，洗滌：將步驟3中活化后的產(chǎn)物依次經(jīng)過酸性溶液和去離子水洗滌，過濾干燥后，即得糠醛渣多孔活性炭。

進(jìn)一步，所述步驟1中改性糠醛渣為糠醛渣與甲醇溶液按質(zhì)量比1:5混合攪拌改性后，經(jīng)過濾、干燥所得。糠醛渣主要由纖維素、木質(zhì)素、揮發(fā)性有機(jī)化合物和灰分組成。為了盡量減少揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的腐殖質(zhì)的負(fù)面影響，采用甲醇預(yù)處理來(lái)去除揮發(fā)性有機(jī)物，得到改性糠醛渣。

進(jìn)一步，所述步驟2中預(yù)碳化溫度為260～500℃，升溫速率為1～5℃/min，保溫時(shí)間為1～2h。采用該溫度和升溫速率范圍內(nèi)預(yù)碳化，可以使糠醛渣或改性糠醛渣的揮發(fā)物質(zhì)充分反應(yīng)、除濕，充分預(yù)碳化。

進(jìn)一步，所述步驟3中化學(xué)活化為將預(yù)碳化后的糠醛渣或改性糠醛渣粉末與活化劑混合，并在惰性氣體保護(hù)性下進(jìn)行高溫活化處理，再在保護(hù)氣氛下降溫至常溫。

進(jìn)一步，所述化學(xué)活化處理的溫度為800～900℃，升溫速率為1～5℃/min，保溫時(shí)間為1～2h；所述活化劑為氫氧化鉀，且活化劑與糠醛渣或改性糠醛渣粉末的預(yù)碳化產(chǎn)物按質(zhì)量比為1～3：1混合。采用該溫度和升溫速率范圍內(nèi)，糠醛渣或改性糠醛渣可以充分活化，得到更多的作用位點(diǎn)。采用該質(zhì)量比范圍內(nèi)的活化劑，有利于糠醛渣或改性糠醛渣在活化過程中產(chǎn)生大量孔隙結(jié)構(gòu)，可大大提高其高比表面積，而KOH質(zhì)量比重太大就會(huì)造成碳材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，影響其循環(huán)穩(wěn)定性。