一种活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种活性炭及其制备方法和应用，属于活性炭制备技术领域。本发明专利技术以豆荚壳为原料，加入磷酸溶液水热，通过控制水热反应的温度，使得到的焦具有一定的孔隙结构，在后面与活化剂进行活化的时候，活化剂能进入到这些孔隙结构中，使活化更加的完全，从而得到大比表面积的活性炭。实施例的数据表明，本发明专利技术提供的制备方法制得的活性炭的比表面积为1319～2570m

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及活性炭制备
，尤其涉及一种活性炭及其制备方法和应用。
技术介绍
电化学电容器(也称超级电容器)由于具有快速充放电、高的功率密度、循环寿命长和环境友好等特点，受到了广泛关注。电极材料是决定电化学电容器性能的关键因素。活性炭材料具有比表面积高、价格低廉以及导电性良好等特点，使其成为制备电化学电容器电极的首选材料。电化学电容器的电化学性能受活性炭的比表面积影响比较大，通常大的比表面积的活性炭能获得大的比电容以及好的电化学性能。目前活性炭的制备方法有物理活化法和化学活化法。现有技术中物理活化法和化学活化法制备的活性炭存在比表面积低、电化学性能不佳的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种活性炭及其制备方法和应用。本专利技术提供的活性炭比表面积大，作为超级电容器的电极材料具有良好的电化学性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：将豆荚壳与H3PO4溶液混合后进行水热反应，得到焦，所述水热反应的温度为170～180℃；将所述焦与活化剂混合进行活化，得到活化产物，所述活化剂为KOH或NaOH；将所述活化产物依次用盐酸和水洗涤，得到所述活性炭。优选地，所述H3PO4溶液的质量分数为5～20％，所述豆荚壳与H3PO4溶液的用量比为1.5～2g:50mL。优选地，所述水热反应的时间为11～12h。优选地，所述豆荚壳使用前依次经乙醇和水洗涤。优选地，所述活化剂与焦的质量比为2:1～4:1。优选地，所述活化的温度为600～800℃，时间为2h。优选地，升温至所述活化的温度的升温速率为10℃/min。优选地，所述活化完成后，还包括自然冷却至室温的步骤。本专利技术还提高了上述技术方案所述制备方法制得的活性炭，所述活性炭的比表面积为1319～2570m2·g-1。本专利技术还提高了上述技术方案所述的活性炭在超级电容器领域作为电极材料的应用。本专利技术提供了一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：将豆荚壳与H3PO4溶液混合后进行水热反应，得到焦，所述水热反应的温度为170～180℃；将所述焦与活化剂混合进行活化，得到活化产物，所述活化剂为KOH或NaOH；将所述活化产物依次用盐酸和水洗涤，得到所述活性炭。本专利技术以豆荚壳为原料，加入磷酸溶液水热，通过控制水热反应的温度，使得到的焦具有一定的孔隙结构，在后面与活化剂进行活化的时候，活化剂能进入到这些孔隙结构中，使活化更加的完全，从而得到大比表面积的活性炭，同时结合孔径分布以及表面的官能团，共同提高了活性炭的比电容。实施例的数据表明，本专利技术提供的制备方法制得的活性炭的比表面积为1319～2570m2·g-1，制备成超级电容器电极片，进行电化学性能测试，在100mA·g-1的电流密度下比电容为207～301F·g-1。具体实施方式本专利技术提供了一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：将豆荚壳与H3PO4溶液混合后进行水热反应，得到焦，所述水热反应的温度为170～180℃；将所述焦与活化剂混合进行活化，得到活化产物，所述活化剂为KOH或NaOH；将所述活化产物依次用盐酸和水洗涤，得到所述活性炭。本专利技术将豆荚壳与H3PO4溶液混合后进行水热反应，得到焦，所述水热反应的温度为170～180℃。在本专利技术中，所述H3PO4溶液的质量分数优选为5～20％，更优选为10～15％，所述豆荚壳与H3PO4溶液的用量比优选为1.5～2g:50mL。在本专利技术中，所述水热反应的时间优选为11～12h。在本专利技术中，所述水热反应优选在具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢釜内进行。在本专利技术中，所述豆荚壳使用前依次优选经乙醇和水洗涤。洗涤后，优选还包括烘干的步骤。本专利技术对所述洗涤和烘干的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。水热反应完成后，本专利技术优选将所得水热产物依次用乙醇和去离子水清洗后烘干，得到焦。得到焦后，本专利技术将所述焦与活化剂混合进行活化，得到活化产物，所述活化剂为KOH或NaOH。在本专利技术中，所述活化剂与焦的质量比优选为2:1～4:1，更优选为3:1。在本专利技术中，所述活化的温度优选为600～800℃，时间优选为2h。在本专利技术中，升温至所述活化的温度的升温速率优选为10℃/min。在本专利技术中，所述活化完成后，优选还包括自然冷却至室温的步骤。得到活化产物后，本专利技术将所述活化产物依次用盐酸和水洗涤，得到所述活性炭。在本专利技术中，所述盐酸的浓度优选为2M。本专利技术对所述盐酸和水洗涤的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。洗涤完成后，本专利技术优选将所得固体至于真空干燥箱内105℃过夜，得到所述活性炭。本专利技术还提高了上述技术方案所述制备方法制得的活性炭，所述活性炭的比表面积为1319～2570m2·g-1。本专利技术还提高了上述技术方案所述的活性炭在超级电容器领域作为电极材料的应用。在本专利技术的具体实施例中，所述应用优选为：将所述活性炭、乙炔黑和PTFE以质量比为85:10:5的比例称量好置于玛瑙研磨中进行研磨，然后使用台式压片机(6MPa)将样品压在泡沫镍(集流体)上制成直径为13mm的圆片状电极。为了进一步说明本专利技术，下面结合实例对本专利技术提供的活性炭及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例12g豆荚壳与50mL质量分数为5wt.％的H3PO4溶液混合超声30min，放置于水热釜中180℃反应12h，得到的固体产物用乙醇和去离子水清洗而后烘干，得到焦。将焦与KOH混合研磨，KOH与焦的质量比为3:1，在活化温度为700℃下保持2h，清洗，得到比表面积为2193m2·g-1高比表面积的活性炭。将得到的活性碳制备成超级电容器电极片，制备过程为将活性炭、乙炔黑和PTFE以质量比为85:10:5的比例称量好置于玛瑙研磨中进行研磨，然后使用台式压片机(6MPa)将样品压在泡沫镍(集流体)上制成直径为13mm的圆片状电极，活性炭的质量约为10mg，进行电化学性能测试，在100mA·g-1的电流密度下比电容为270F·g-1。实施例2与实施例1相同，区别仅在于H3PO4溶液的质量分数为10％。本实施例制得的活性炭的比表面积为2523m2·g-1，比电容为301F·g-1。实施例3与实施例1相同，区别仅在于H3PO4溶液的质量分数为15％。本实施例制得的活性炭的比表面积为2314m2·g-1，比电容为292F·g-1。实施例4与实施例1相同，区别仅在于H3PO4溶液的质量分数为20％。本实施例制得的活性炭的比表面积为2026m2·g-1，比电容为227F·g-1。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将豆荚壳与H

【技术特征摘要】
1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将豆荚壳与H3PO4溶液混合后进行水热反应，得到焦，所述水热反应的温度为170～180℃；
将所述焦与活化剂混合进行活化，得到活化产物，所述活化剂为KOH或NaOH；
将所述活化产物依次用盐酸和水洗涤，得到所述活性炭。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述H3PO4溶液的质量分分数为5～20％，所述豆荚壳与H3PO4溶液的用量比为1.5～2g:50mL。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的时间为11～12h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述豆荚壳使用前依次经乙醇和水洗涤。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹景沛，吴燕，赵小燕，赵明，冯晓博，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32