【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器，具体涉及一种石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法。
技术介绍
1、超级电容器是一种以活性炭为电极材料的先进的电化学储能技术与设备，其以功率密度高、充电速率快、循环寿命长等优点而被广泛应用于电动汽车、移动电子设备等。但是，制备活性炭时高昂的原料活化成本使得该高端炭材料现阶段的市售商品价格(30～50万元/吨)远远高于其他大宗化学品。开发一种工艺简单、成本低但电化学储能性能优异的活性炭电极材料是超级电容器领域的一项技术难题。
2、石油焦是原油裂解产生的一种大宗工业废弃物(质量占比达25～30％)，是由大量稠环芳烃、少量石墨微晶构成的一种结构致密的黑色块状固体；其在元素组成上95％以上为碳，并含有少量的氢、氧、氮、硫及金属元素等，因此在作为高端炭材料的原料方面具有含碳量高、灰分少、价格低廉(～1000元/吨)等诸多得天独厚的优势，也是当前生产活性炭的主要原料之一，受到国内外超级电容器商用及研究领域越来越多的重视，完成石油焦向优质活性炭的高附加值转化将带来巨大的经济与社会效益。
3、与此同时，复杂的碳质组成、致密的片层结构导致石油焦不溶于任何溶剂而难以被有效利用，在作为电容炭原料方面也存在质硬而难以加工、致密而难以活化等问题。近年来发展起来的以氢氧化钾(koh)为活化剂的化学活化，被证明是以石油焦为原料制备高比表面积活性炭更为有效且被广泛采用的工业技术。焦碱混合是活性炭活化前的必经步骤，是活性炭制备成本和其品质的首要影响因素。迄今为止，已经发展出多种焦碱混合方式，如：工序简单的研磨干混，
4、为了实现活性炭材料较好的导电性，提高其局部石墨化程度以及对炭材料进行异质元素掺杂是比较常规的技术。然而，要实现活性炭的石墨化往往需要超高的热处理温度。相对于局部石墨化，杂原子掺杂则较为容易实现，并且能够有效地提高材料的循环稳定性，但现有的处理方法不同程度的存在比表面积不高，使用性能受限的问题。针对活性炭多孔结构的优化，如将部分微孔扩展为孔径为2～5nm介孔，国内外众多研究机构和学者相继发展出了催化活化法、聚合物共混炭化法、模板炭化法和有机凝胶法等多种工艺，但普遍存在比表面积较低、性能不稳定、比容量不理想等问题。
5、综上所述，基于现有工艺技术策略依然难以实现廉价石油焦向高端电容炭的经济高效转化，亟需克服当前技术手段的局限性，开发出更为先进的石油焦基超级电容器用高性能活性炭材料的制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，该方法工艺简单，制备的活性炭具有较高的比表面积，合理的孔结构分布和高导电性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，包括以下步骤：
3、s1，将石油焦粉体浸渍于由金属硝酸盐与络合剂形成的络合溶液中，静置、干燥；
4、s2，将步骤s1中所得产物与碱金属氢氧化物进行固相混合，然后在惰性气氛中活化；
5、s3，步骤s2中所得产物冷却后经酸洗、水洗、过滤、干燥后得所述活性炭。
6、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，所述络合物为柠檬酸。
7、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，所述金属硝酸盐为硝酸镍、硝酸锌和硝酸铁中的一种或几种。
8、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，所述金属硝酸盐与络合剂的摩尔比为1～3:1。
9、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，所述金属硝酸盐与石油焦粉体的质量比为0.5～15.0wt.％。
10、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，所述碱金属氢氧化物与石油焦粉体的质量比为1.5～3:1，优选为2:1。
11、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，步骤s2中所述活化为在650～850℃下活化1～3h，优选为800℃下活化2h。
12、本专利技术中的活化为本领域常用技术手段，活化过程中的升温过程不做特殊限定，优选为匀速升温，升温速率为2℃/min。活化过程中的惰性气体可以为氮气、氩气或其他本领域常用的其他惰性气体。
13、本专利技术所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
14、本专利技术中酸洗的目的在于中和石油焦粉体表面的碱性与腐蚀去除金属硝酸盐分解后保留在炭材料中的金属成分，为本领域的常规技术手段，所用酸液可以为盐酸、硫酸等本领域常用的物质，本专利技术中优选为盐酸溶液，浓度优选为3mol/l；为加快酸洗过程和提高酸洗效果，可以对酸液进行加热，具体加热温度本领域技术人员可根据实际情况进行选择和调整。
15、本专利技术所述方法制备的活性炭在制备超级电容器过程中，所用电解液既可以为有机电解液，也可以为无机电解液。
16、本专利技术有益效果：
17、相较于现有技术，该工艺不仅工序大大简化，借助引入的金属硝酸盐络合物还可以实现目标炭材料的局部石墨化、氮元素的微量掺杂(增加导电性)以及介孔结构的适量引入(促进电解液传质)，石油焦较低的活化温度、较短的活化时间以及较少的活化剂用量也有助于目标活性炭材料的生产成本大大降低，展现出了较好的工业化前景。
18、制备的活性炭材料中氮/碳原子比为0.6～1.5at.％，局部石墨化程度提高，比表面积为1600～2300m2/g，平均孔径为2.0～2.2nm；所述活性炭材料在6mol/l koh水溶液中、在1～10a/g电流密度下的比电容达到332.0～148.6f/g，在1m teabf4/pc有机电解液中、在1～10a/g电流密度下的比电容达到173.3～86.1f/g。
19、本专利技术以煅前石油焦为原料制备微量氮掺杂、局部石墨化程度增强以及中孔结构适宜的活性炭作为超级电容器用电极材料，不仅实现了石油焦产品链的延长及其高附加值利用，而且为超级电容器提供了一系列比容量及倍率性能都十分优异的高性能电极材料，同时较好地克服了超级电容领域简单、经济制备比表面积大、孔径分布合理、导电性优异的高品质活性炭的工艺技术难题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述络合物为柠檬酸。
3.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐为硝酸镍、硝酸锌和硝酸铁中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐与络合剂的摩尔比为1～3:1。
5.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐与石油焦粉体的质量比为0.5～15.0wt.％。
6.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述碱金属氢氧化物与石油焦粉体的质量比为1.5～3:1，优选为2:1。
7.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述活化为在650～850℃下活化1～3h，优选为800℃下活化2h。
8.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭
...【技术特征摘要】
1.一种石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述络合物为柠檬酸。
3.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐为硝酸镍、硝酸锌和硝酸铁中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐与络合剂的摩尔比为1～3:1。
5.根据权利要求1所述的石油焦基超级电容器用活性炭的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋海朋，吉科猛，李子恒，陈明鸣，李圣平，种博洋，王路海，刘银东，庞伟伟，王成扬，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。