一种氢氧化钙部分取代氢氧化钾制备活性炭的方法
【专利摘要】本发明涉及一种氢氧化钙部分取代氢氧化钾制备电化学用活性炭的方法。氢氧化钾作为活化剂使用最普遍，其制备的活性炭比表面积、孔容积、比电容量均较大，电化学性能较好。但氢氧化钾的碱性太强，对设备的腐蚀性太大，所以选择氢氧化钙取代部分氢氧化钾作为活化剂，从而在活化过程中减少对设备的腐蚀。氢氧化钙取代氢氧化钾的比例对活性炭电化学性能具有一定的影响，为近一步改善活性炭总孔体积和电化学性能，提高活化剂作用的效率，氢氧化钙：氢氧化钾质量比1:2时其电化学性能相对最优。本方法的优点在于能有效地降低对设备的腐蚀程度，且所制得的超级活性炭具有大的比表面积、发达的中微孔，在超电容领域广泛应用。
【专利说明】一种氢氧化钙部分取代氢氧化钾制备活性炭的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及活性炭的制备方法，特别涉及氢氧化钙取代氢氧化钾的比例对活性炭 电化学性能的影响。
【背景技术】
[0002] 活性炭具有来源丰富、比表面积大、价格低廉、电化学稳定性高等优点，因其这些 特点，活性炭被广泛用于电化学电容器的电极材料。由于活性炭的内阻较大，循环性能不够 稳定，需要对其内部微观形貌加以控制和调整以改善其性能，以适应商品化的需要。
[0003] 活性炭的制备一般分为物理活化和化学活化两种方式，一般情况下，化学活化方 法相比于物理活化的优点是：活化时间少、活化温度低、比表面积高、产率高且一步完成，因 此化学活化很受人关注。在化学活化的过程中，升温速度、活化剂种类、活化温度、活化剂/ 炭比、保温时间等式影响活性炭的主要因素。而这些因素都以研究的比较成熟，对于活化剂 一般选择氢氧化钾进行化学腐蚀，以增加材料的比表面积和表面官能团，以提高电解液在 材料中的浸润性，从而提高比电容。
[0004] 目前，氢氧化钾作为活化剂使用最为普遍，其制备的活性炭比表面积、孔容积、t匕 电容量均较大，电化学性能较好。但是氢氧化钾的碱性太强，对设备的腐蚀性太大，所以我 们选择氢氧化钙取代一部分氢氧化钾作为活化剂，从而减少对设备的腐蚀，研究其相对最 佳取代比例， 通常，为了制备比表面积大且中微孔系发达的活性炭，必须用到高比例的活化剂。随着 氢氧化钙取代氢氧化钾作活化剂用量比例的不同，物料在活化过程中刻蚀的孔径大小和表 面积也不同。由于活性炭用作电极材料必须具备畅通孔道，大、中、小孔连接紧密的特点，才 能有利于电解液的传输和吸附。因此，氢氧化钙取代氢氧化钾作活化剂用量的比例需要进 一步探究。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的在于：针对氢氧化钾作活化剂的碱性太强，对设备的腐蚀性太 大，我们提供一种不仅可以能够降低氢氧化钾作活化剂对设备的腐蚀性程度，而且在相对 最佳取代比例时还可以进一步提高活性炭储能大小和电化学性能。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案来实现： 氢氧化钙取代氢氧化钾的比例对活性炭电化学性能的影响，包括如下步骤： 第一、将煤粉碎至200-250目，制成煤粉； 第二、将氢氧化钙：氢氧化钾质量比为0:3，1:2，1:1，2:1作为活化剂，再以活化剂与 原煤为3 :1的质量比在玛瑙研磨中研磨半小时左右至混合均匀； 第三、将步骤二中得到的混合物放入活化炉内，通入惰性气体进行保护，以6°C /min的 升温速率升到500-650°C，恒温45min，再以相同的升温速率继续升到800°C，恒温60min，冷 却至室温，得到活化料； 第四、将活化料煮沸再用水洗涤至pH=7-7. 5,然后用0. IM的HCl浸渍2-3次，在用水 洗涤至中性，干燥得到活性炭。
[0007] 作为优选，所述步骤二中，氢氧化钙和氢氧化钾质量比1:2。
[0008] 作为优选，所述步骤三中，惰性气体为氮气。
[0009] 作为优选，所述步骤三中，升温到550°C，恒温45min。
[0010] 作为优选，所述步骤四中，至少用〇. IM的HCl浸渍3次以上。
[0011] 由于氢氧化钙取代部分氢氧化钾可以防止碱性较强的氢氧化钾对设备的腐蚀程 度，在炭活化过程中脱水并产生一系列反应，从而使物料在活化剂作用下产生发达且有效 的中微孔，使超级活性炭的总孔体积增大，最终所制备的超级活性炭的电化学性能较好，有 一定的应用面。
[0012] 本文提供一种氢氧化钙取代部分氢氧化钾的方法，能够有效地降低对设备的腐蚀 程度，并且所制得的超级活性炭具有大的比表面积、发达的中微孔，适合在各个领域广泛应 用。
[0013] Ca (0!1)2在高温过程会脱水形成氧化钙，氧化钙会中和煤中硫化物反应生成 CaSO4，单独使用氢氧化钙作为活化剂对煤内部孔道蚀刻的效果很不明显。而高质量比的氢 氧化钾会对设备具有一定的腐蚀程度，极大的影响了仪器的使用寿命。
[0014] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 采用单一的煤种就可制得比表面积大于1500m2/g，总孔体积在0. 02?0. 9cm3/g，平均 孔径在1. 74?10. 6nm，中微孔结构发达的超级活性炭； 一步化学活化法在工业实际应用时方便，降低了制备的成本； 本发明方法简单，仅需要将两种物料混合进行活化即可。
【具体实施方式】
[0015] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0016] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可 被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列 等效或类似特征中的一个例子而已。
[0017] 实施例1 氢氧化钙取代氢氧化钾的比例对活性炭电化学性能的影响，包括如下步骤： 第一、将煤粉碎至200-250目，制成煤粉； 第二、将氢氧化钙：氢氧化钾质量比为0:3作为活化剂，再以活化剂与原煤为3 :1的质 量比在玛瑙研磨中研磨半小时左右至混合均匀； 第三、将步骤二中得到的混合物放入活化炉内，通入惰性气体进行保护，以6°C /min的 升温速率升到550°C，恒温45min，再以相同的升温速率继续升到800°C，恒温60min，冷却至 室温，得到活化料； 第四、将活化料煮沸再用水洗涤至中性，然后用〇. IM的HCl浸渍3次，在用水洗涤至中 性，干燥得到活性炭。
[0018] 实施例2 第一、将煤粉碎至200-250目，制成煤粉； 第二、将氢氧化钙：氢氧化钾质量比为1:2作为活化剂，再以活化剂与原煤为3 :1的质 量比在玛瑙研磨中研磨半小时左右至混合均匀； 第三、将步骤二中得到的混合物放入活化炉内，通入惰性气体进行保护，以6°C /min的 升温速率升到550°C，恒温45min，再以相同的升温速率继续升到800°C，恒温60min，冷却至 室温，得到活化料； 第四、将活化料煮沸再用水洗涤至中性，然后用〇. IM的HCl浸渍3次，在用水洗涤至中 性，干燥得到活性炭。
[0019] 实施例3 第一、将煤粉碎至200-250目，制成煤粉； 第二、将氢氧化钙：氢氧化钾质量比为1 :1作为活化剂，再以活化剂与原煤为3 :1的质 量比在玛瑙研磨中研磨半小时左右至混合均匀； 第三、将步骤二中得到的混合物放入活化炉内，通入惰性气体进行保护，以6°C /min的 升温速率升到550°C，恒温45min，再以相同的升温速率继续升到800°C，恒温60min，冷却至 室温，得到活化料； 第四、将活化料煮沸再用水洗涤至中性，然后用〇. IM的HCl浸渍3次，在用水洗涤至中 性，干燥得到活性炭。
[0020] 实施例4 第一、将煤粉碎至200-250目，制成煤粉； 第二、将氢氧化钙：氢氧化钾质量比为2 :1作为活化剂，再以活化剂与原煤为3 :1的质 量比在玛瑙研磨中研磨半小时左右至混合均匀； 第三、将步骤二中得到的混合物放入活化炉内，通入惰性气体进行保护，以6°C /min的 升温速率升到550°C，恒温45min，再以相同的升温速率继续升到800°C，恒温60min，冷却至 室温，得到活化料； 第四、将活化料煮沸再用水洗涤至中性，然后用〇. IM的HCl浸渍3次，在用水洗涤至中 性，干燥得到活性炭。
[0021] 对所有实施例中的活性炭进行测试，其中电化学工作站用来对所制备的材料进行 电化学测试，主要测量比容量大小，JW-Bk静态氮吸附仪用来测试总孔体积、平均孔径以及 比表面积。
[0022] 测试条件如下： 表1主要试验设备仪器
【权利要求】
1. 一种氢氧化钙部分取代氢氧化钾制备电化学用活性炭的方法。
2. 该方法中Ca(OH) 2以不同比例取代部分KOH作为活化剂，活性炭原料可以是煤、木 材、果壳等材料中的一种或几种。
3. 根据权利要求1所述的活性碳材料，其合成的炭化、活化过程为将充分混匀的原料 置于管式炉队气氛中以6°C /min速率逐步升温550°C恒温45min，在此升温速率下继续升 温至800 °C保温60min后自然冷却。
4. 根据权利要求1、2所述的活性碳材料，氢氧化钙：氢氧化钾质量比为1:2,作为活化 齐U，再以活化剂与原煤为3 :1为最优比例。
5. 根据权利要求1所述，该活性碳材料具有以下特点： (1) 由于用Ca(0H)2取代了部分K0H作为活化剂，能够降低氢氧化钾作活化剂对设备的 腐蚀性程度，而且在相对最佳取代比例时还可以刻蚀出更多有效孔径，从而进一步改善了 活性炭材料的电化学性能； (2) 比表面积> 1400 m2/g ; (3) 总孔体积> 0? 6 cm3/g ; (4) 平均孔径：2-11 nm。
【文档编号】C01B31/12GK104495842SQ201410837854
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】柴卉, 周美玲, 刘婷, 贾殿赠 申请人:新疆大学