[发明专利]一种气化渣残碳的湿法活化方法及其应用

说明书

本发明公开了一种气化渣残碳的湿法活化方法及其应用，该方法依次通过物理活化、化学活化、纯化洗涤等步骤制备得到活化产物，整个过程简单、能耗少，操作条件温和，过程易于掌握，通过使用廉价的气化渣残碳为原料，不仅将其变废为宝，增加了其高附加值，同时采用物理‑化学联合活化法制备的电化学储能电极材料，制备的材料比表面积高达2000m²/g左右，具有较好的电化学性能，兼具环境效益和经济效益，具有较好的产业化推广及应用价值。

技术领域

本发明属于新能源材料的开发及大宗固废的资源化利用领域，涉及一种气化渣残碳的湿法活化方法及其应用。

背景技术

能源问题是推动经济发展的源动力也是制约经济发展的瓶颈，以目前主流储能装置如锂电池和电容器来说，关键性电极材料的制造成本价格高昂。实现储能材料加工利用的技术突破、降低储能用电极材料的成本，是储能实现产业化的关键。由于碳材料具有良好的导电性、机械稳定性、成本低等优势而成为优选的电极材料。

另外，煤化工产业龙头的煤气化技术在中国蓬勃发展。随着煤气化技术的大规模推广，煤气化渣的堆存量及产生量越来越大。煤气化渣是煤与氧气或富氧空气发生不完全燃烧生成CO与H₂的过程中，煤中无机矿物质经过不同的物理化学转变伴随着煤中残留的碳颗粒形成的固态残渣，可分为粗渣和细渣两类。粗渣产生于气化炉的排渣口，占60％～80％；细渣主要产生于合成气的除尘装置，占20％～40％。目前气化渣的处理方式主要为堆存和填埋，尚未大规模工业化应用，造成了严重的环境污染和土地资源浪费，另外还可通过与其他材料复合用于建工建材、土壤水体的改良剂、残碳提质、残碳循环掺烧等可进行低附加值地利用，这对煤化工企业的可持续发展造成不利影响，气化渣的高附加值利用途经的开发迫在眉睫。目前报道的用气化渣残渣、石油焦、沥青颗粒活化后用于超级电容器炭以及用生物质活化后用于钠离子电池的负极材料主要通过高温火法活化的方式进行，但是这种方式制备得到的活化产物效果较差，比电容、循化性能以及可逆性甚至不及市售的超级电容碳，且活化的方法较为复杂，能耗较大，操作过程不易控制。

基于此，以制备廉价的电化学性能良好的储能电极材料及开发气化渣的高附加值利用途径为目标，通过将廉价的气化渣残碳(含碳量为40-80％，硅铝等氧化物灰分为60-20％)为原料进行活化获得了高附加值的优质储能电极材料迫在眉睫。

发明内容

本发明旨在提供一种气化渣残碳的湿法活化方法，该方法依次通过物理活化、化学活化、纯化洗涤等步骤制备得到活化产物，过程简单、能耗少，操作条件温和，过程易于掌握，通过使用廉价的气化渣残碳为原料，采用物理-化学联合活化法制备了电化学性能优异的储能电极材料，兼具环境效益和经济效益，具有较好的推广产业化应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种气化渣残碳的湿法活化方法，按照如下的步骤顺序依次进行：

S1、物理活化

S11：将含碳量为40-80％的气化渣残碳于100℃下烘干，得A；

S12：将A过200目筛，以去除颗粒较大的硅铝等氧化物灰分，得B；

S13：B置于球磨罐中，球磨10h，得C；

S14：将C过200目筛，将结块的气化渣残碳与粉末状气化渣残碳分离，得 D；

S2：化学活化

S21：将D倒入聚四氟乙烯反应釜内胆中，加入碱溶液，超声30-60min分散，得E；

S22：将盛有E的内胆装入反应釜中密封后放入鼓风干燥箱中，于120-180℃下反应1-9h，反应结束后自然冷却到室温，得F；

S3：洗涤纯化