[发明专利]一种高纯度、高电导率的多孔炭和制备方法

说明书

本申请公开了一种高纯度、高电导率的多孔炭和制备方法，属于炭材料技术领域。将炭前驱体预先在1400‑2600℃条件下预炭化，脱除炭前驱体中的灰分和磁性金属，获得高纯炭化料；进而在高压反应器中炭化料与超临界流体在反应温度为600‑700℃、反应压力为55‑60MPa条件下活化20‑40min，最终制备了高纯度、高电导率的多孔炭。本发明通过预先脱除灰分和磁性金属，避免后续大量强碱或强酸洗涤带来的环保问题，与此同时，高温预炭化增加了多孔炭的电导率，提高了其导电性，有利于应用于电化序储能领域。

技术领域

本发明属于炭材料技术领域，具体涉及一种高纯度、高电导率的多孔炭和制备方法。

背景技术

多孔炭具有发达的孔隙、物理化学性质稳定等优点，被广泛应用于催化剂载体、脱色、除味、电化学储能等领域。其中，超级电容器等电化学储能元器件对多孔炭的纯度要求极为严苛。灰分、金属离子等杂质对超级电容器内阻、漏电流等影响极大，导致循环寿命难以保障。

为降低灰分(SiO₂、CaO、NaO、Al₂O₃等)、磁性金属(Fe、Co、Ni等)杂质对超级电容器的影响，目前主要采用后处理的方法实现，即将制备出的多孔炭进行强酸、强碱洗涤，用以脱除上述杂质。如黄勇等[专利公布号：CN107892298A]将活性炭原料与碱金属活化剂混合，进而采用水蒸气活化制备了活性炭。随后通过盐酸洗涤方式进行除灰和磁性金属。又如张永林等[专利公布号：CN108147410A]以椰壳为原料，利用物理化学联合法制备了活性炭，随后用硝酸和盐酸进行洗涤除灰和磁性金属。虽然以上后处理方法能够制备出相对较高纯度的多孔炭，但由于灰分、磁性金属存在于多孔炭复杂的孔隙内，并且以不同形态存在，若把灰分、金属离子完全反应出来，难度较大，并且过程中产生的废水对环境污染严重。

由于上述灰分、磁性金属存在于多孔炭前驱体中，并且具有相应高的熔融点或沸点(1400℃)，若将多孔炭前驱体在超过1400℃以上温度下预处理，前驱体中的灰分和磁性金属能够完全从前驱体中置换脱除，容易得到高纯度、高电导率的多孔炭。但这种思路的一个重要缺陷是：目前研究理论认为，如此高温下多孔炭前驱体的微晶结构会趋向规则，材料更加致密化，导致后续采用水蒸气或强碱难以造孔。

为此，采用超临界CO₂、H₂O活化技术能够得以实现上述目的。超临界CO₂、H₂O具有超强的刻蚀能力，能够与炭原子在短时间内发生反应，从而起到造孔的目标。如毕继诚等[专利公布号：CN105349183A]采用煤为前驱体，利用超临界水在反应温度为500-700℃、反应压力为20-40MPa下制备了多孔炭。又如杨俊兵等[专利公布号：CN1295027A]采用酚醛树脂800℃炭化料为前驱体，在反应温度为500-750℃、反应压力为21.8-35MPa下制备了多孔炭。虽然以上专利采用超临界方法制备了多孔炭，但原料均为微晶结构松散、自身有孔的炭前驱体，并且杂质含量超高，需要后续进一步纯化，而采用超1400℃的炭前驱体，先预先脱除灰分再通过超临界活化技术制备高纯度、高电导率多孔炭尚未见报道。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种高纯度、高电导率的多孔炭和制备方法。

本发明的目的在于克服传统方法制备多孔炭的纯度低、废水量大等不足，提供一种具有无水污染、工艺路线简单、效率高的制备高纯度、高电导率多孔炭的方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种高纯度、高电导率的多孔炭，灰分和磁性金属均低于100ppb；电导率为800-1000S/m。

一种高纯度、高电导率多孔炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)炭前驱体的高温炭化：将炭前驱体在惰性气体下，升温后恒温加热，使灰分、磁性金属充分脱除，得到炭化料；