CN104779078A - 一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸秆复合材料120-130、碳纳米管3-5、聚丙烯酸钠0.7-1、羧甲基纤维素1-2、二氧化锆2-3、硫脲1-2、偏硅酸钠1-2、白刚玉磨料2-4、二氧化硅1-3、去离子水适量；本发明通过对作物秸秆炭化、活化和掺杂改性，制备出高活性、高比表面积的炭，碳纳米管作为一维纳米材料，具有好的力学、电学和化学性能，它具有更高的比表面积，将不同性能的炭材料掺杂在一起，增强了电容器的循环性能、提高比容量和结构的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法及其制备方法。
背景技术
随着全球能源价格的不断攀升和环境的日益恶化，探索利用环保能源成为各国科技人员努力的重点。超级电容器也叫电化学电容器，是一种介于蓄电池和传统静电电容器之间的储能装置。与常规静电电容器不同，其容量可达法拉级至数千法拉，功率密度大，良好的可逆性(90％～95％)，循环寿命长(＞105次)，另外其完成充电时间短，可以作为大功率脉冲电源，能大电流瞬时充放电，广泛应用于数据记忆存储系统、便携式仪器设备、后备电源、通讯设备、计算机、电焊机、充磁机、闪光灯、燃料电池、电动车混合电源等领域。随着绿色电动汽车的研制，超级电容器的研究也进入了一个全新时期。根据储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第电容器。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用高比表面积的碳材料；法拉第电容器是利用快速、高度可逆的化学吸附/脱附和氧化/还原反应，从而产生比双电层电容更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物。在超级电容器的研究中，许多工作都是围绕着开发各种具有高比能量、高比功率的电极材料进行的。具有高比表面积、较小内阻的碳素材料已广泛应用于双电层电容器； 采用过渡金属氧化物、水合物材料和掺杂聚合物的法拉第电容器也逐渐得到开发应用。
我国是农业大国，伴随着各种农作物成熟后秸秆产量更是多达7亿多吨，除去将其用作燃料、建筑材料、饲料和肥料以及发电外，仍有60%的无法有效利用而遭废弃，不仅造成了大量的生物质能源浪费，也对环境造成了一定的影响。所以本发明利用农作物秸秆进行炭化、活化等步骤制成活性炭，作为电极的材料。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，它具有更高的比表面积，将不同性能的炭材料掺杂在一起，增强了电容器的循环性能、提高比容量和结构的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，由下列重量份的原料制成：改性秸秆复合材料120-130、碳纳米管3-5、聚丙烯酸钠0.7-1、羧甲基纤维素1-2、二氧化锆2-3、硫脲1-2、偏硅酸钠1-2、白刚玉磨料2-4、二氧化硅1-3、去离子水适量；
所述改性秸秆复合材料是由下列重量份的原料制成：秸秆100-120、稀盐酸溶液30-50、氯化锌30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、钛酸锰1-2、导电炭黑2-4、石墨烯2-4、煅烧高岭土15-25、过硫酸钾0.5-0.8、超细玻璃纤维0.5-1；制备方法是（1）将秸秆粉碎成8-20目，用水清洗干净后在100-120°C下干燥至恒重；（2）将秸秆原料与60%的氯化锌按照1:2-3的配比混合，搅拌均匀，浸渍24小时后放入马弗炉中，在600-700°C温度下活化1小时，然后经水洗、过滤、干燥得到活性炭备用；（3）将煅烧高岭土和活性炭加到稀盐酸溶液中，于室温下浸泡8-12小时，过滤，固体用蒸馏水洗涤至中性，滤液无氯离子检出，真空干燥后研磨粉碎过200-300目筛；（4）将步骤（3）的产物和蒸馏水按照粉体重量:0.1：30-50的比例混合均匀，加热至40-50°C，加入过硫酸钾、甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再加入其余剩余物质搅拌3-5小时，反应结束后经抽滤、干燥制得改性秸秆复合材料。
本发明所述一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，由以下具体的步骤制成：将聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素加到适量的去离子水中，高速搅拌形成粘稠的液体，再加入称量好的碳纳米管、二氧化锆、硫脲、偏硅酸钠、白刚玉磨料、二氧化硅充分搅拌0.5-1小时，再加入改性秸秆复合材料先高速搅拌1-2小时，再转移到胶磨机中低速研磨得到200-400目的浆料，再将浆料均匀的涂布在集流体上，在温度100-110°C下真空干燥8-12小时，取出后在10MPa的压力下进行压片，裁剪后再次放入真空干燥箱内90-100°C温度下烘干至恒重即可。
本发明的优点是：本发明通过对作物秸秆炭化、活化和掺杂改性，制备出高活性、高比表面积的炭，碳纳米管作为一维纳米材料，具有好的力学、电学和化学性能，它具有更高的比表面积，将不同性能的炭材料掺杂在一起，增强了电容器的循环性能、提高比容量和结构的稳定性。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：改性秸秆复合材料120、碳纳米管4、聚丙烯酸钠0.8、羧甲基纤维素1、二氧化锆3、硫脲1、偏硅酸钠1、白刚玉磨料3、二氧化硅2、去离子水适量；
所述改性秸秆复合材料是由下列重量份（公斤）的原料制成：秸秆100、稀盐酸溶液39、氯化锌35、甲基三乙氧基硅烷1、钛酸锰2、导电炭黑4、石墨烯3、煅烧高岭土20、过硫酸钾0.7、超细玻璃纤维0.8；制备方法是（1）将秸秆粉碎成8-20目，用水清洗干净后在100-120°C下干燥至恒重；（2）将秸秆原料与60%的氯化锌按照1:2-3的配比混合，搅拌均匀，浸渍24小时后放入马弗炉中，在600-700°C温度下活化1小时，然后经水洗、过滤、干燥得到活性炭备用；（3）将煅烧高岭土和活性炭加到稀盐酸溶液中，于室温下浸泡8-12小时，过滤，固体用蒸馏水洗涤至中性，滤液无氯离子检出，真空干燥后研磨粉碎过200-300目筛；（4）将步骤（3）的产物和蒸馏水按照粉体重量:0.1：30-50的比例混合均匀，加热至40-50°C，加入过硫酸钾、甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再加入其余剩余物质搅拌3-5小时，反应结束后经抽滤、干燥制得改性秸秆复合材料。
本发明所述一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，由以下具体的步骤制成：将聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素加到适量的去离子水中，高速搅拌形成粘稠的液体，再加入称量好的碳纳米管、二氧化锆、硫脲、偏硅酸钠、白刚玉磨料、二氧化硅充分搅拌0.5-1小时，再加入改性秸秆复合材料先高速搅拌1-2小时，再转移到胶磨机中低速研磨得到200-400目的浆料，再将浆料均匀的涂布在集流体上，在温度100-110°C下真空干燥8-12小时，取出后在10MPa的压力下进行压片，裁剪后再次放入真空干燥箱内90-100°C温度下烘干至恒重即可。
以所述实施例中制备的电极为工作电极，铝箔为集电极，聚四氟乙烯为隔膜，1.0M三乙基甲基铵四氟硼酸盐的乙腈溶液为电解液，在1.2-2.5V的范围内，在恒流（5mA）下进行循环测试，容量：1.68F，内阻：1.7Ω·m，循环容量保持率（%）：97.8。
Claims (2)
1.一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸秆复合材料120-130、碳纳米管3-5、聚丙烯酸钠0.7-1、羧甲基纤维素1-2、二氧化锆2-3、硫脲1-2、偏硅酸钠1-2、白刚玉磨料2-4、二氧化硅1-3、去离子水适量；
所述改性秸秆复合材料是由下列重量份的原料制成：秸秆100-120、稀盐酸溶液30-50、氯化锌30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、钛酸锰1-2、导电炭黑2-4、石墨烯2-4、煅烧高岭土15-25、过硫酸钾0.5-0.8、超细玻璃纤维0.5-1；制备方法是（1）将秸秆粉碎成8-20目，用水清洗干净后在100-120°C下干燥至恒重；（2）将秸秆原料与60%的氯化锌按照1:2-3的配比混合，搅拌均匀，浸渍24小时后放入马弗炉中，在600-700°C温度下活化1小时，然后经水洗、过滤、干燥得到活性炭备用；（3）将煅烧高岭土和活性炭加到稀盐酸溶液中，于室温下浸泡8-12小时，过滤，固体用蒸馏水洗涤至中性，滤液无氯离子检出，真空干燥后研磨粉碎过200-300目筛；（4）将步骤（3）的产物和蒸馏水按照粉体重量:0.1：30-50的比例混合均匀，加热至40-50°C，加入过硫酸钾、甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再加入其余剩余物质搅拌3-5小时，反应结束后经抽滤、干燥制得改性秸秆复合材料。
2.根据权利要求1所述一种碳纳米管/改性秸秆复合电极材料的制备方法，其特征在于，由以下具体的步骤制成：将聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素加到适量的去离子水中，高速搅拌形成粘稠的液体，再加入称量好的碳纳米管、二氧化锆、硫脲、偏硅酸钠、白刚玉磨料、二氧化硅充分搅拌0.5-1小时，再加入改性秸秆复合材料先高速搅拌1-2小时，再转移到胶磨机中低速研磨得到200-400目的浆料，再将浆料均匀的涂布在集流体上，在温度100-110°C下真空干燥8-12小时，取出后在10MPa的压力下进行压片，裁剪后再次放入真空干燥箱内90-100°C温度下烘干至恒重即可。
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