一种复合型果壳活性炭及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种复合型果壳活性炭的制备方法，包括以下步骤，首先将水蒸气活化后的果壳活性炭粉与碱混合，经过活化后得到半成品；然后将上述步骤得到的半成品与氧化石墨烯溶液再次混合后，进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。本发明专利技术的提供的复合型果壳活性炭，通过物理和化学法结合活化果壳类活性炭，通过将水蒸气活化过的果壳类活性炭粉碎，再进行碱活化，然后复合氧化石墨烯，高温还原，得到了石墨烯改性的复合型果壳活性炭，有效的克服了果壳类活性炭电导率低、比表面积小等缺点，能够直接作为超级电容器的活性炭进行使用，极大地提升了果壳类活性炭的价值和拓展果壳活性炭的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于活性炭材料
，尤其涉及一种复合型果壳活性炭及其制备方法、应用。
技术介绍
活性炭又称活性炭黑，是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳。活性炭中除碳元素外，还包含少量的氢元素与氧元素，这些元素一部分源于活性炭前体不完全碳化而残留在活性炭中，另一部分来源于活化试剂如水或氢氧化钠与活性炭表面反应形成羟基，羧基，羰基等基团。此外活性炭还存在一部分灰分，主要由残留在活性炭中的无机盐组成，如铁盐，钠盐，钾盐等。活性炭从原料上来分可以分为木质，煤质，石油焦和树脂活性炭；从制造方法上来分，分为化学法、物理法以及物理化学联合法活性炭。这些活性炭前体在活化炉中于高温，一定压力下与活化剂通过热解作用，高温炭化和活化反应形成活性炭。在此活化过程中，巨大的表面积和复杂的孔隙结构逐渐形成。活性炭含有大量微孔，具有巨大无比的表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。而根据活性炭石墨化难易程度，又分为硬碳和软碳，通常来说以木质素、树脂为原料制备的为硬炭，以石油焦为原料制备的为软炭。在众多材质制备的活性炭中，果壳活性炭是近些年广受关注的一种活性炭，这种黑色颗粒状果壳活性炭，选用优质环保椰壳、桃壳、核桃壳、杏壳等果壳为原料，采用炭化、活化、过热蒸汽催化等工艺精制而成，外观为黑色不定型颗粒，经系列生产工艺加工而成的一种活性炭。由于果壳活性炭和煤质活性炭的原材料不一样，通常果壳活性炭比煤质活性炭轻，而且煤质活性炭不能用于饮用水处理，而果壳活性炭由于原料天然就广泛的用于饮用水处理中，并且在进行水质的精细过滤中果壳类活性炭不会有有毒有害物质溶出。而且果壳活性炭也具有耐磨强度好、空隙发达、吸附性能高、强度高、易再生、经济耐用等优点，广泛应用于生活、工业、液相吸附、水质净化、气相吸附，特别适用于电厂、石化、炼油厂、印染纺织业、食品饮料、医药用水、电子高纯水、生活饮用水、工业中水回用等行业，更能有效吸附水中的游离氯、酚、硫、油、胶质、农药残留物和其他有机污染物，余氯、半脱氯值，以及有机溶剂的回收等。然而随着科技的快速发展，各行业对果壳活性炭的性能进一步要求，如何突破实际应用的局限、适应多产业应用的需求，已成为研究的一种方向。因此，如何得到一种改性的果壳活性炭，拓展果壳活性炭的应用领域，对果壳活性炭的实际应用具有重大意义，也成为领域内前瞻性研究人员广泛关注的焦点之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种改性的复合型果壳活性炭及其制备方法、应用，本专利技术提供的石墨烯复合果壳活性炭，能够有效的提高的活性炭的比表面积，能够作为超级电容炭，得到具有较高比电容的超级电容器。本专利技术提供了一种复合型果壳活性炭的制备方法，包括以下步骤：A)将水蒸气活化后的果壳活性炭粉与碱混合，再经过活化后得到活性炭半成品；B)将上述步骤得到的活性炭半成品与氧化石墨烯溶液再次混合后，并进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。优选的，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙中的一种或多种；所述果壳活性炭粉与碱的质量比为1：(0.5～2)。优选的，所述活化的温度为600～950℃，所述活化的时间为0.5～4h。优选的，所述果壳活性炭粉的粒度为8～12μm；所述氧化石墨烯的平均片径为1～50μm；所述氧化石墨烯的质量占所述果壳活性炭粉质量的比例为0.1％～1％。优选的，所述还原反应具体为：在保护性气体的条件下进行还原反应；所述保护性气体包括氢气、氨气和氮气中的一种或多种；所述还原反应的温度为650～1200℃，所述还原反应的时间为1～6h。优选的，所述步骤B)具体为：B`)将上述步骤得到的活性炭半成品、氮源和氧化石墨烯溶液再次混合后，并进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。优选的，所述氮源包括三聚氰胺和/或尿素；所述氮源的质量占所述果壳活性炭粉质量的比例为1％～3％。本专利技术提供一种复合型果壳活性炭，包括果壳活性炭和复合在其表面的石墨烯层。优选的，所述复合型果壳活性炭由果壳活性炭、氧化石墨烯和氮源经过复合后得到。本专利技术提供了一种超级电容器，包含上述技术方案任意一项所制备的复合型果壳活性炭或上述技术方案任意一项所述的复合型果壳活性炭。本专利技术提供了一种复合型果壳活性炭的制备方法，包括以下步骤，首先将水蒸气活化后的果壳活性炭粉与碱混合，再经过活化后得到活性炭半成品；然后将上述步骤得到的半成品与氧化石墨烯溶液再次混合后，并进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。与现有技术相比，本专利技术的提供的复合型果壳活性炭，通过物理和化学法结合活化果壳类活性炭，通过将水蒸气活化过的果壳类活性炭粉碎，再进行碱活化，然后复合氧化石墨烯，高温还原，得到了石墨烯改性的复合型果壳活性炭，有效的克服了果壳类活性炭电导率低、比表面积小等缺点，能够直接作为超级电容器的活性炭进行使用，极大地提升了果壳类活性炭的价值和拓展果壳活性炭的应用领域。实验结果表明，本专利技术制备的果壳类活性炭的比表面积在1600～2400m2/g之间，制备成成品超级电容器后材料的质量比电容能到达到160F/g。附图说明图1为本专利技术提供的复合型果壳活性炭的电镜图；图2为本专利技术实施例1制备的复合型果壳活性炭的电镜图；图3为本专利技术实施例1制备的超级电容器的性能检测图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对专利技术权利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或电容器领域使用的常规纯度。本专利技术提供了一种复合型果壳活性炭的制备方法，包括以下步骤：A)将水蒸气活化后的果壳活性炭粉与碱混合，再经过活化后得到活性炭半成品；B)将上述步骤得到的活性炭半成品与氧化石墨烯溶液再次混合后，并进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。本专利技术对所述果壳没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备果壳活性炭的果壳即可，本专利技术所述果壳优选为椰壳、桃壳、核桃壳、杏壳等果壳，更优选为椰壳和/或杏壳。本专利技术对所述果壳活性炭粉的来源没有特别限制，以本领域技术人员熟知的果壳碳化后果壳活性炭即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本专利技术优选为经过碳化再经过水蒸气活化过的果壳类活性炭经粉碎后得到。本专利技术对所述果壳活性炭粉的粒度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的果壳活性炭粉的粒度即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本专利技术所述果壳活性炭粉的粒度优选为8～12μm，更优选为8.5～11.5μm，更优选为9～11μm，最优选为9.5～10.5μm。本专利技术对所述碱没有特别限制，以本领域技术人员熟知的碱活化果壳活性炭的碱即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本专利技术所述碱优选包括氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙中的一种或多种，更优选为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙，最优选为氢氧化钾。本专利技术对所述碱可以以固体的形式加入或以碱溶液的形式加入，本领域技术人员可以根据实际生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型果壳活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将水蒸气活化后的果壳活性炭粉与碱混合，再经过活化后得到活性炭半成品；B)将上述步骤得到的活性炭半成品与氧化石墨烯溶液再次混合后，并进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种复合型果壳活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将水蒸气活化后的果壳活性炭粉与碱混合，再经过活化后得到活性炭半成品；B)将上述步骤得到的活性炭半成品与氧化石墨烯溶液再次混合后，并进行还原反应，得到复合型果壳活性炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙中的一种或多种；所述果壳活性炭粉与碱的质量比为1：(0.5～2)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化的温度为600～950℃，所述活化的时间为0.5～4h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述果壳活性炭粉的粒度为8～12μm；所述氧化石墨烯的平均片径为1～50μm；所述氧化石墨烯的质量占所述果壳活性炭粉质量的比例为0.1％～1％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应具体为：在保护性气体的条件下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张在忠，程金杰，陈忠洲，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37