一種利用磷酸活化生物質製備多孔炭以及在超級電容器中的應用的製作方法
2023-06-21 01:23:06 1
本發明涉及一種利用磷酸活化生物質製備多孔炭以及在超級電容器中的應用的方法，具體涉及活化製備含有不同質量的氮的高比表面積的活性炭的方法
背景技術：
由於活性炭具有高度發達的孔隙結構和特殊的表面性能，其內部具有獨特的孔隙結構和巨大的比表面積，而且活性炭具有較好的化學穩定性、機械強度及耐酸、耐鹼等性能，因此被廣泛應用於吸附劑、催化劑和催化劑的載體，已經成為環保、食品、化工等領域必不可少的產品。傳統以瀝青、煤炭以及石油焦等化石資源製備多孔炭的方法多孔炭的成本過高以及其再生困難是制約其應用的最大難題，遠不能滿足快速發展的電子、環保、醫藥、軍事、化工以及廢水處理等領域的需求。因此尋找價格低廉的原料以及合理製備高比表面積多孔炭的方法，使多孔炭更廣泛的應用於更多領域，如電池和超級電容器電極材料、催化劑載體、儲能材料，這已成為國內外重點研究的課題。專利CN104576077A公開了一種石墨烯/木質素基活性炭的製備及在超級電容器中的方法，與現有技術相比，本發明所得到的石墨烯/木質素基活性炭提供了更大的比表面、更小的傳質阻力和更優異的導電率應用於超級電容的電極材料，在成本和性能上大大優於現有的活性炭材料。專利CN105819416A公開了一種生物基多孔炭的製備及其在超級電容器中的應用的方法。本發明生物基多孔炭材料具有發達的孔道結構和很高的比表面積，將製備的多孔炭樣品作為電極活性材料在雙電層超級電容器中表現出了優異的性能。該發明生物基多孔炭製備方法簡單可行，環境汙染小，原材料來源廣泛，易實現工業化生產。專利CN104576075A公開了一種3D珊瑚狀石墨烯/NiCo2O4複合材料的製備及在超級電容器中的應用的方法。與現有技術相比，本發明所得到的3D珊瑚狀石墨烯/NiCo2O4複合材料提供了更優異的導電性、更大的比表面積、更小的傳質阻力和更長的循環壽命。此外，所合成的3D珊瑚狀石墨烯/NiCo2O4複合材料應用於超級電容的電極材料，在成本和性能上大大優於現有的貴金屬氧化物。專利CN104891491A公開了一種超級電容器用竹筍殼基活性炭的製備方法，本發明的竹筍殼基活性炭微觀形貌呈管狀，微孔隙結構發達，比表面積高達3162m2g-1，在電流密度為1Ag-1時，比電容高達308Fg-1；在電流密度為2Ag-1時，經10000次循環後比電容基本無衰減，仍高達271Fg-1，循環性能優異，因而在超級電容器和儲能領域具有良好的應用前景。此外，本發明以竹筍殼為原料，實現了廢物的綜合利用。
以上專利中，大部分專利利用生物質和石墨烯作為碳源製備多孔炭，未見利用生物質磷酸活化製備富含氮的多孔炭在超級電容器中應用的專利。
技術實現要素：
為實現本發明所提供的技術方案是：
(1)將稻殼洗淨，置於鼓風乾燥箱內，100℃乾燥12h，稱取洗淨乾燥的稻殼，浸漬於5％的鹼溶液中，固液比為1∶10，加熱攪拌直至沸騰，回流3h，冷卻室溫，固液分離，固體洗至中性，將預處理稻殼放入鼓風乾燥箱中，在100℃乾燥12h；
(2)稱量步驟(1)得到的預處理稻殼和活化劑磷酸混合，固液比為1∶1～1∶7，室溫浸泡24h，然後置於馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為500℃，時間1h，冷卻至室溫，固體洗至中性，在鼓風乾燥箱中100℃乾燥12h即得多孔炭；
(3)稱取步驟(2)的多孔炭，加入50ml的尿素的水溶液中，尿素和活性炭的質量比為1∶1～1∶10，室溫攪拌30min，然後放入鼓風乾燥箱中100℃乾燥12h，之後轉入通入惰性氣體的管式爐中，升溫速度3℃/min，升溫至700～1000℃，恆溫2h，即得摻氮的多孔炭。
為更好理解本發明，下面結合實施例對本發明做進一步地詳細說明，但是本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表示的範圍。
實施例1：
(1)將稻殼洗淨，置於鼓風乾燥箱內，100℃乾燥12h，稱取洗淨乾燥的稻殼，浸漬於5％的鹼溶液中，固液比為1∶10，加熱攪拌直至沸騰，回流3h，冷卻室溫，固液分離，固體洗至中性，將預處理稻殼放入鼓風乾燥箱中，在100℃乾燥12h；
(2)稱量步驟(1)得到的預處理稻殼和活化劑磷酸混合，固液比為1∶7，室溫浸泡24h，然後置於馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為500℃，時間1h，冷卻至室溫，固體洗至中性，在鼓風乾燥箱中100℃乾燥12h即得多孔炭。
(3)稱取步驟(2)的多孔炭，加入50ml的尿素的水溶液中，尿素和活性炭的質量比為1∶1，室溫攪拌30min，然後放入鼓風乾燥箱中100℃乾燥12h，之後轉入通入惰性氣體的管式爐中，升溫速度3℃/min，升溫至900℃，恆溫2h，即得摻氮的多孔炭，比表面積高達，2500m2g-1，在電流密度為1Ag-1時，比電容高達208Fg-1。
實施例2：改變多孔炭與尿素的質量比為1∶3，其他步驟同實施例1，即得摻氮的多孔炭，比表面積高達3，100m2g-1，在電流密度為1Ag-1時，比電容高達250Fg-1。
實施例3：改變稻殼和磷酸的固液比為1∶4，其他步驟同實施例1，即得摻氮的多孔炭比表面積高達3050m2g-1，在電流密度為1Ag-1時，比電容高達280Fg-1。
實施例4：改變摻氮的炭化溫度為800度，其他步驟同實施例1，即得摻氮的多孔炭比表面積高達3230m2g-1，在電流密度為1Ag-1時，比電容高達305Fg-1。