本发明涉及超级电容器的电极材料的制备领域，尤其涉及一种利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法。
背景技术：
随着橡胶工业的快速发展和汽车行业的迅猛发展，废轮胎的产量急剧增加，由此带来了一系列的环境问题。如何实现废橡胶的循环利用，成为科研工作者的关注的热点问题之一。
废旧胶粉是指废旧轮胎、橡胶鞋、橡胶手套、胶管、胶带等废橡胶制品为原料，经研磨形成的细颗粒或粉末。
目前，热解技术因其较低污染排放量和较高的能量回收率等优点，成为近年来处理废旧胶粉常见的方法之一。申请号为cn201310534302.2公开了一种废橡胶塑料制品热解炭除灰改性制再生炭黑的方法及系统，将废橡胶塑料制品热解、酸、碱处理制备得到再生炭黑。申请号为cn201610251249.9公开了一种废橡胶两步催化热解制备高芳烃液化油的方法，通过废橡胶预处理、低温慢速液化、高温快速热解等一系列工艺制备得到热解气、芳烃液化油和炭黑。但这些技术存在制备工序复杂、设备要求高等缺点。
将废旧胶粉热解所得的杂原子掺杂的碳材料用于超级电容器的电极材料尚未见报道。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本专利涉及的方法是一种利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法；废旧胶粉热解后的碳材料为s、n等杂原子掺杂的碳材料；经强碱处理后所得的碳材料，比表面积增加，从而提高了电极材料与电解质的接触面积，利于离子的快速交换；杂原子掺杂后，所得电极材料的能量储存功能得到极大提高。
本发明是通过如下技术方案实现的，本发明提供了一种利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：
步骤1）废旧胶粉热解制备得到再生活性炭；
步骤2）再生活性炭活化处理制备得到杂原子掺杂的碳材料。
作为本发明所述的利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法的一种优化方案，步骤1）所述的废旧胶粉热解制备得到再生活性炭是指，将废旧胶粉置于管式马弗炉中，通入惰性气体，在700~1000℃下进行碳化1~8h，冷却后得到再生活性炭。
作为本发明所述的利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法的一种优化方案，所述的废旧胶粉是指以废旧轮胎为原料研磨成的胶粉。
作为本发明所述的利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法的一种优化方案，所述的惰性气体为氮气或氩气。
作为本发明所述的利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法的一种优化方案，步骤2）所述的再生活性炭活化处理制备得到杂原子掺杂的碳材料是指，将再生活性炭放入研钵中，加入强碱物质，研磨30min~2h；通过水洗、抽滤、洗涤、真空干燥得到杂原子掺杂的碳材料。
作为本发明所述的利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法的一种优化方案，步骤2）所述的强碱物质是指氢氧化钾或氢氧化钠。
作为本发明所述的利用废旧胶粉热解制备超级电容器电极材料的方法的一种优化方案，步骤2）所述再生活性炭与所述强碱物质的用量质量比为1:1。
本发明的优点在于：本发明所制备杂原子掺杂的碳材料，具有良好的导电性和稳定性等优点；将废旧胶粉在惰性气氛下，通过高温条件下热解，所得到的碳材料，因骨架结构中含有s、n等杂原子可降低原子轨道能级，与普通的碳材料相比，具有明显的电化学性能；废旧胶粉热解时会有大量的裂解气溢出时，由此形成的孔状结构提高了碳材料的比表面积，作为电极材料使用时，增大了电解质和电极材料的接触面积，提高了离子交换效率。
另外，本发明提供的方法，具有操作简便，产率高等优点，可实现工业化；本发明得到的杂原子掺杂的碳材料具有工艺简单、成本低廉、导电性良好、循环稳定性好、热稳定性优异等优点，可作为电极材料应用到超级电容器中，为废橡胶的循环利用提供了技术参考，具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1为实施例2杂原子掺杂的碳材料（c-800）在1mol/l硫酸水溶液中50mv/s扫描速度下的循环伏安曲线，其中横坐标为电位，纵坐标为电流。
图2为实施例2在1mol/l硫酸水溶液中，杂原子掺杂的碳材料（c-800）在不同电流密度（1a/g、2a/g、3a/g、5a/g）下的充放电曲线，其中横坐标为时间，纵坐标为电位。
图3为实施例1-3在1mol/l硫酸水溶液中，在不同电流密度（1a/g、2a/g、3a/g、5a/g）下，杂原子掺杂的碳材料（c-700、c-800和c-900）的比容量值，其中横坐标为电流密度，纵坐标为比容量值。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
将废旧轮胎胶粉放入管式马弗炉中，在氮气的保护下，升温至700℃，保温2h，冷却后得到再生活性炭；将再生活性炭放入研钵中，加入相同质量的氢氧化钾粉末，研磨30min，通过水洗、抽滤，直至中性，真空干燥24h，得到含有s、n等杂原子掺杂的碳材料，记作c-700。
实施例2
将废旧轮胎胶粉放入管式马弗炉中，在氮气的保护下，升温至800℃，保温2h，冷却后得到再生活性炭；将再生炭黑放入研钵中，加入相同质量的氢氧化钾粉末，研磨30min，通过水洗、抽滤，直至中性，真空干燥24h，得到含有s、n等杂原子掺杂的碳材料，记作c-800。
本实施例制备杂原子掺杂的碳材料（c-800）在1mol/l硫酸水溶液中50mv/s扫描速度下的循环伏安曲线，见图1；其中横坐标为电位，纵坐标为电流。
本实施例制备杂原子掺杂的碳材料（c-800）在1mol/l硫酸水溶液中，并在不同电流密度（1a/g、2a/g、3a/g、5a/g）下的充放电曲线，见图2；其中横坐标为时间，纵坐标为电位。
图1所得的循环伏安曲线呈类矩形状，表明杂原子掺杂的碳材料的导电机理为双电层机理。图中0.25v/0.5v所对应的一组氧化还原峰，代表材料具有明显的赝电容电化学性能。这是因为杂原子掺杂的碳材料的骨架结构中含有极性强的s、n等杂原子，导致相邻c原子显示电正性，这种电荷的转移，使得材料具有赝电容的电化学性能。与普通的碳材料相比，所得杂原子掺杂的碳材料在两种导电机理（双电层、赝电容）的双重作用下，材料具有良好的电化学性能。
图2是按实施例2制备得到杂原子掺杂的碳材料在不同电流密度（1，2，3和5a/g）下的恒电流密度下的充放电性能图。充放电曲线呈现出类三角形分布且基本随时间线性变化，说明其具有良好的电容性能，其比容量分别为266f/g，257f/g，217f/g和208f/g。而超级电容器所用的碳材料在1a/g电流密度下的比电量约为150-220f/g，由此所得杂原子掺杂的碳材料可作为超级电容器的电极材料来使用。这种通过高温热解废旧胶粉所得到杂原子掺杂的碳材料应用到超级电容器中，为废橡胶的循环利用提供了技术参考。
实施例3
将废旧轮胎胶粉放入管式马弗炉中，在氮气的保护下，升温至900℃，保温2h，冷却后得到再生活性炭；将再生活性炭放入研钵中，加入相同质量的氢氧化钾粉末，研磨30min，通过水洗、抽滤，直至中性，真空干燥24h，得到含有s、n等杂原子掺杂的碳材料，记作c-900。
实施例4
将实施例1-3得到的杂原子掺杂的碳材料、粘结剂聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比8:1:1称取，研磨混合均匀。将该混合物均匀涂布在泡沫镍上，随后在100℃真空干燥24h得到工作电极，以铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系，电解液为1mol/l的硫酸水溶液，得到的实施例1-3电极材料的比容量，见图3。
图3为实施例1-3在1mol/l硫酸水溶液中，在不同电流密度（1a/g、2a/g、3a/g、5a/g）下，杂原子掺杂的碳材料（c-700、c-800和c-900）的比容量值，其中横坐标为电流密度，纵坐标为比容量值。
在相同电流密度条件下，c-800电极材料的比容量均高于c-700和c-900所对应的比容量。由此可见，通过将废旧胶粉进行高温热解可以得到超级电容器的电极材料。随着碳化温度的逐渐增加，电极材料的比容量逐渐增加，但是碳化温度过高（大于900℃）时，则可能是因为骨架材料的热分解，从而引起材料的电化学性能的降低。
以上所述仅为本发明的交叉实例而已，并不用以限制本发明，对本领域技术人员来说很显然可以做很多的改进，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。