[发明专利]一种柿子皮基掺氮活性炭及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柿子皮基掺氮活性炭的制备方法，属于多孔活性炭技术领域。本发明提供的柿子皮基掺氮活性炭的制备方法，包括以下步骤：将柿子皮磨碎，碳化，得到活性炭原料；将所述活性炭原料、活化剂、尿素和水超声混合，得到混合物；将所述混合物依次干燥、在氮气中加热、洗涤和烘干，得到柿子皮基掺氮活性炭。本发明利用尿素中的氨基与活性炭中的羟基发生反应，将氮通过超声以及活化剂，掺杂到活性炭中，提高活性碳的比电容。实施例的数据结果表明，本发明制得的柿子皮基掺氮活性炭比表面积为2500～2780m²/g，平均孔径为2.0nm，比电容大于300F/g，20A电流下，循环10000次比电容降低不到9.7％。

技术领域

本发明涉及多孔活性炭技术领域，特别涉及一种柿子皮基掺氮活性炭及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化发展，对能源的消耗逐渐增多，因此寻找可再生的绿色能源代替化石能源刻不容缓。近十年来，人们对具有长循环寿命、高功率密度和绿色廉价的能源设备关注度逐渐增加，生物质活性炭作为超级电容器近年来备受关注，活性炭材料因其具有表面积大、孔径可控、化学稳定性好等优点也备受关注。不幸的是，它们的导电性差和单微孔结构强烈影响其比电容性能，因电解质很难通过内孔使其比电容降低，且循环充放电稳定性极不稳定，循环寿命短，不利于应用到实际中。

用生物质为原料制备超级比电容的活性炭具有一定的可持续性和可再生性，特别是其天然多孔结构(高比表面积)和高导电性，具有优异的电化学性能。柿子是我国的主要农作物之一，每年产生的柿子重量四百多万吨。柿子主要用来直接食用和加工成柿子饼，目前由于柿子皮中含有大量鞣酸，不可食用，所以加工处理柿子的时候往往去掉柿子皮，不仅造成资源浪费，还对环境造成了严重污染。柿子皮含还原性糖近23％，可溶性糖含量达36％，因此可以采用柿子皮为原料制备活性炭。但如何利用柿子皮制备高比电容的活性碳是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种柿子皮基掺氮活性炭及其制备方法。本发明利用尿素中的氨基与活性炭中的羟基发生反应，将氮通过超声以及活化剂，掺杂到活性炭中，提高活性碳的比电容和稳定性。

为了达到以上目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种柿子皮基掺氮活性炭的制备方法，包括以下步骤：

将柿子皮磨碎，碳化，得到活性炭原料；

将所述活性炭原料、活化剂、尿素和水超声混合，得到混合物；

将所述混合物依次干燥、在氮气中加热、洗涤和烘干，得到柿子皮基掺氮活性炭。

优选地，所述柿子皮磨碎后的粒径为80～150目。

优选地，所述碳化的温度为400～500℃，时间为2～3h。

优选地，所述活化剂包括氢氧化钾和/或氢氧化钠。

优选地，所述活性炭原料、活化剂、尿素的质量比为1:2.5～2.9:0.8～1.2。

优选地，所述超声的频率为120～180KHz，功率为100～180W，时间为1.0～1.5h。

优选地，所述干燥的温度为90～120℃。

优选地，所述在氮气中加热的温度为500～600℃，升温速率为9～12℃/min，加热的保温时间为2～3h。

优选地，所述烘干的温度为75～85℃，时间为12～24h。

本发明还提供了上述所述技术方案制得的柿子皮基掺氮活性炭，所述柿子皮基掺氮活性炭比表面积为2500～2780m²/g，平均孔径为2.0nm，比电容大于300F/g，20A电流下，循环10000次比电容降低不到9.7％。