/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法

文档序号:9525415阅读:518来源:国知局
/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,可应用于超级电容器和电容电池。属于材料制备领域。
【背景技术】
[0002]山核桃在全国分布范围较小,主要分布在浙江西北山区及安徽东南山区,山核桃外蒲壳中含一种生物碱,具有较强碱性,且不易腐烂,每年山核桃采摘后所遗弃的山核桃外蒲壳均对当地生态环境造成严重污染。目前无论是山上堆放还是集中专用场地堆放均无法解决日益增加的山核桃外蒲壳固废处理,每年政府均投入大量人力物力和资金均未获得良好的效果。本发明正是利用山核桃外蒲壳作为原料,生产活性炭复合电容电极材料,在一定程度上解决了长期困扰山核桃外蒲壳环境污染的难题。
[0003]传统上合成活性炭采用化学活化法,是将原料与化学药品以一定比例混合、浸渍一段时间后,在惰性气体保护下将炭化和活化同时进行的一种制备方式,实质是化学试剂镶嵌入炭颗粒内部结构中作用而开创出丰富的微孔。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物和一些酸。如此生产出来的活性炭虽然表面积较大可以存储比较多的电量,但放电过程不稳定,循环特性较差,因此在实际应用中存在着致命的缺陷。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是解决山核桃外蒲壳对生态环境造成严重污染的问题,并针对现有电容活性炭技术的不足,提供一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法。
[0005]二氧化铅具有电阻率低、化学性质稳定、耐蚀性好、导电性好、可通过大电流等特性,广泛应用于各类有机物、无机物的电解制备中。同时二氧化铅还具有充放电可逆性好以及价格低廉等优点。
[0006]—种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法分为两步,第一,采用碳酸钠法合成山核桃蒲壳基活性炭;第二,采用溶胶-凝胶法合成PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。
[0007]—种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,具体是按以下步骤完成的:
1)将山核桃外蒲壳放置于户外自然晒干、风干,在粉碎机中粉碎,粉末过200-600目。
2)将步骤I)山核桃外蒲壳粉末在氮气保护下炭化,炭化的温度为500?800°C,炭化时间为0.5?2小时。
3)将步骤2)炭化料与碳酸钠混合均匀后在氮气保护下活化,炭化料与碳酸钠的重量比为I: I?I: 10,活化温度为800?1000C,活化时间为0.5?2小时。
4)待步骤3)所得产物冷却后分别用稀盐酸和醋酸清洗,再用蒸馏水清洗至洗液pH值为6?7,在130°C下烘干即得到山核桃蒲壳基活性炭产品。
5)在搅拌的情况下,将I?3ml铅酸丁酯滴加入20ml无水乙醇中,制得溶液A。将Iml无水醋酸、Iml去离子水和1ml无水乙醇混合均匀制得溶液B。在搅拌的情况下,将溶液B滴加入溶液A,搅拌Ih得到透明澄清的溶胶后,加入Ig步骤4)中合成的山核桃蒲壳基活性炭,充分搅拌均匀后,缓慢滴加去离子水,直至溶液变成有弹性的果冻状凝胶,然后放入恒温鼓风干燥箱中,80?110°C下保温10?12h后将产物碾碎,置于管式电阻炉中,在氮气气氛下,以5°C /min的升温速率从室温升温至400°C,保温2?1h即得PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。
[0008]本发明优点:一、本发明合成的复合材料具有长久使用性。在制备前驱体溶液时,经过长时间的浸渍,前驱体离子能够进入山核桃蒲壳基活性炭的孔道内,使得PbO2存在于孔道内,外层的外层充当一层保护壳,保护PbO2S遭外界环境的破坏。二、该复合材料具有大比表面积,对电子有强大的吸附能力。PbO2纳米颗粒不仅可提供良好的电导性,还可以使得放电过程较为平稳,具有较好的循环特性。
[0009]本发明采用X射线衍射技术(XRD)分析本发明制备的PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料物相;采用三电极法测试循环伏安特性,从而来评价本发明制备的PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的电容电极特性。
【附图说明】
[0010]图1是【具体实施方式】二制备的PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的XRD曲线图;图2是【具体实施方式】二制备的PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的循环伏安特性图。
[0011]【具体实施方式】一:
1)将山核桃外蒲壳放置于户外自然晒干、风干,在粉碎机中粉碎,粉末过20目。
2)将步骤I)山核桃外蒲壳粉末在氮气保护下炭化,炭化的温度为500°C,炭化时间为0.5小时。
3)将步骤2)炭化料与碳酸钠混合均匀后在氮气保护下活化,炭化料与碳酸钠的重量比为1:1,活化温度为800°C,活化时间为0.5小时。
4)待步骤3)所得产物冷却后分别用稀盐酸和醋酸清洗,再用蒸馏水清洗至洗液pH值为6,在130°C下烘干即得到山核桃蒲壳基活性炭产品。
5)在搅拌的情况下,将I?3ml铅酸丁酯滴加入20ml无水乙醇中,制得溶液A。将Iml无水醋酸、Iml去离子水和1ml无水乙醇混合均匀制得溶液B。在搅拌的情况下,将溶液B滴加入溶液A,搅拌Ih得到透明澄清的溶胶后,加入Ig步骤4)中合成的山核桃蒲壳基活性炭,充分搅拌均匀后,缓慢滴加去离子水,直至溶液变成有弹性的果冻状凝胶,然后放入恒温鼓风干燥箱中,80°C下保温1h后将产物碾碎,置于管式电阻炉中,在氮气气氛下,以50C /min的升温速率从室温升温至400°C,保温2h即得PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。
[0012]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:
步骤中粒度为过400目,炭化温度为650°C,炭化时间为1.0小时,炭化料与碳酸钠的重量比为1: 6,活化温度为900°C,活化时间为1.5小时,升温速率为10°C /min,稀盐酸的浓度为0.2mol/L,醋酸的浓度为1.0mol/L,滴加的钛酸丁酯的量为2ml。其他与【具体实施方式】一相同。
[0013]【具体实施方式】三:步骤中粒度为过600目,炭化温度为800 °C,炭化时间为2.0小时,炭化料与碳酸钠的重量比为1: 10,活化温度为1000°C,活化时间为2小时,升温速率为10°C /min,稀盐酸的浓度为0.3mol/L,醋酸的浓度为2.0mol/L,滴加的钛酸丁酯的量为3ml。其他与【具体实施方式】一相同。
[0014]图1是【具体实施方式】二制备得到的PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的XRD图,从图中可以看出锐钦矿PbO2的标准衍射峰,用“.”标记。山核桃蒲壳基活性炭是微晶组成的无定形碳,衍射峰强度较弱,在XRD曲线上,它的衍射峰被Pb02掩盖了,其较大的比表面积可以证实山核桃蒲壳基活性炭的存在。
[0015]图2是【具体实施方式】二制备得到的Pb02/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的循环伏安特性曲线,从图中可以看出,超级电容器循环伏安曲线不存在氧化还原峰,在-1.1?-0.2V的电位范围内近似矩形。图中第I次循环曲线稍微偏离,这可能是刚开始给电容器一个电压,电极和电解质界面逐渐形成双电层但不是很稳定的缘故;第10次和第100次循环曲线几乎重合,说明从第10次开始,电容特性基本稳定。根据循环伏安特性计算电容器比电容量得第1、第10和第100次循环的比电容分别为155.8、163.2和163.8F/g,表现出优异的电容特性。
【主权项】
1.一种PbO 2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于该复合材料是米用多步法合成的,其制备方法是按以下步骤完成的: 1)将山核桃外蒲壳放置于户外自然晒干、风干,在粉碎机中粉碎,粉末过200-600目。 2)将步骤1)山核桃外蒲壳粉末在氮气保护下炭化,炭化的温度为500?800°C,炭化时间为0.5?2小时。 3)将步骤2)炭化料与碳酸钠混合均匀后在氮气保护下活化,炭化料与碳酸钠的重量比为1: 1?1: 10,活化温度为800?1000。。,活化时间为0.5?2小时。 4)待步骤3)所得产物冷却后分别用稀盐酸和醋酸清洗,再用蒸馏水清洗至洗液pH值为6?7,在130°C下烘干即得到山核桃蒲壳基活性炭产品。 5)在搅拌的情况下,将1?3ml铅酸丁酯滴加入20ml无水乙醇中,制得溶液A。将1ml无水醋酸、lml去离子水和10ml无水乙醇混合均匀制得溶液B。在搅拌的情况下,将溶液B滴加入溶液A,搅拌lh得到透明澄清的溶胶后,加入lg步骤4)中合成的山核桃蒲壳基活性炭,充分搅拌均匀后,缓慢滴加去离子水,直至溶液变成有弹性的果冻状凝胶,然后放入恒温鼓风干燥箱中,80?110°C下保温10?12h后将产物碾碎,置于管式电阻炉中,在氮气气氛下,以5°C /min的升温速率从室温升温至400°C,保温2?10h即得Pb02/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。2.如权利要求1所述的一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:所述山核桃外蒲壳粉末最佳粒度为过400目。3.如权利要求1所述的一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤2)最佳炭化温度为650°C。4.如权利要求1所述的一种PbOJ山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤2)最佳炭化时间为1.0小时。5.如权利要求1所述的一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤3)炭化料与碳酸钠的最佳重量比为1: 6。6.如权利要求1所述的一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤3)最佳活化温度为900°C。7.如权利要求1所述的一种PbOJ山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤3)最佳活化时间为1.5小时。8.如权利要求1所述的一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤2)、3)的升温速率为10°C /min。9.如权利要求1所述的一种PbOJ山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤4)的稀盐酸的浓度为0.2mol/L,醋酸浓度为1.0mol/L。10.根据权利要求1所述的一种Pb02/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法,其特征在于在山核桃蒲壳基活性炭孔道内填充负载具备导电活性的Pb02纳米颗粒。
【专利摘要】本发明采用溶胶-凝胶法合成了PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。该复合材料具有较大的比表面积、良好的蓄电性和稳定的充放电特性。本发明制备的复合材料可应用于超级电容器,且具有以下优点:1、该复合材料具有大比表面积,对电子有强大的吸附能力。2、PbO2纳米颗粒不仅可提供良好的电导性,还可以使得放电过程较为平稳。
【IPC分类】C01G21/08, H01G11/46, H01G11/86, H01G11/30, C01B31/12
【公开号】CN105280399
【申请号】CN201510621825
【发明人】洪波, 徐卫星
【申请人】杭州星宇炭素环保科技有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月23日
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