[发明专利]一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及储能材料技术领域，为解决传统生物质活性炭材料杂质较高、孔结构不可调控的问题，提供了一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用，所述生物质活性炭材料以葵花籽壳为原料，经清洗、干燥、炭化、粉碎、活化后，清洗干燥后制得。本发明的生物质多孔活性炭材料比表面积大、孔径可调控，满足超级电容器和铅炭电池的需求，作为铅炭电池负极添加剂，可以显著改善负极硫酸盐化、延长电池的循环寿命；制备方法原料易得，来源丰富，成本低，步骤简单，便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及储能材料技术领域，尤其涉及一种生物质多孔活性炭材料及其制备方法、应用。

背景技术

活性炭按照原材料的不同分为生物质活性炭、煤质活性炭和石油基活性炭等几种，因比表面积大、孔隙发达、价廉等特性而在国民经济的诸多领域得到应用。活性炭的活化方法主要有化学活化法、物理活化法。化学活化法就是将各种碳源和药品均匀混合后，于一定温度下，进行炭化、活化、漂洗、烘干等过程。一般的活化药品为强碱或者硫酸、磷酸等，能耗低，但是化学药剂的污染严重，工艺耗时久。物理活化法是将炭化的原料和水蒸气、氮气、二氧化碳等在高温下混合，继而进行活化反应的过程，工艺相对简单些，产品比表面积高，孔隙结构也发达，但是存在工艺时间久、能耗高、还具有一定的成分污染。

活性炭作为储能材料的应用具有很好的应用前景，主要在双电层电容器和铅炭电池方面。铅炭电池负极中添加活性炭主要是抑制负极硫酸钠盐化，延长电池的循环寿命，同时其对活性炭的性能要求也较高，需要高比表面积，可调控的孔容孔径结构，同时杂质含量要在规定范围内。那么生物质基活性炭因来源丰富、成本低廉、同时制备工艺简单可控，具体很好的研究和应用价值。

目前生物基活性炭在铅炭电池中应用比较广泛的为稻壳基和椰壳基，其比表面积可达 2000m²/g，中国专利文献上公开了“一种生物质基活性炭的制备方法”，申请公布号为CN109179410A，该发明制备所得稻壳基活性炭的比表面积高达2094.15m²/g，且活性炭表面具有丰富的孔径结构。将此稻壳基活性炭用于苯系物的吸附脱除，其脱除率高达80.2％。但是，但该发明制得的生物质基活性炭杂质较多、孔结构不可调控，且制备工艺相对复杂，生产成本较高。

发明内容

本发明为了克服传统生物质活性炭材料杂质较高、孔结构不可调控的问题，提供了一种杂质含量少、孔结构可定向调控的生物质多孔活性炭材料。

本发明还提供了一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，该方法原料易得，来源丰富，成本低，工艺步骤简单，便于工业化生产。

本发明还提供了一种生物质活性炭材料在铅炭电池和超级电容器中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种生物质多孔活性炭材料，所述生物质活性炭材料以葵花籽壳为原料，经清洗、干燥、炭化、粉碎、活化后，清洗干燥后制得。

本发明所述生物质多孔活性炭材料采用的炭源为葵花子壳，葵花子壳难以经济化利用，原料来源丰富，成本低廉，与煤基、石油基活性炭相比，杂质含量低，成本低。

一种生物质多孔活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将葵花籽壳于去离子水中清洗，干燥；干燥温度30～80℃，干燥时间为10～48h；

(2)将步骤(1)处理过的葵花籽壳进行炭化处理；

(3)将步骤(2)处理过的葵花籽壳进行研磨处理，得到葵花籽壳粉；

(4)在葵花籽壳粉中加入活化剂，于惰性气体中进行活化处理，然后经去离子水清洗、干燥后制得生物质多孔活性炭材料。干燥之前，需要将活化后的活性炭清洗过滤至中性。