CN107381573A - 一种活性炭材料及其制备方法 - Google Patents

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陈尧
张黎星
顾华志
陈政
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Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Wuhan University of Science and Technology WHUST
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Wuhan University of Science and Engineering WUSE
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    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

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Abstract

本发明具体涉及一种活性炭材料及其制备方法。其技术方案是：按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（2~1000）∶1∶（0.1~1.8），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在40~100oC条件下搅拌0.16~4h，得到黑色溶液。将所述黑色溶液在40~120oC条件下烘干2~48h，得到灰色凝胶；再将所述灰色凝胶在惰性气体中于500~1400oC条件下保温0.5~12h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。所述富碳有机体为琼脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖中的一种。所述惰性气体为氮气或为氩气。本发明具有工艺简单和能耗低的特点，所制备的活性炭材料具有更大的比表面积和更高的电化学性能。

Description

一种活性炭材料及其制备方法
技术领域
本发明属于活性炭材料技术领域。具体涉及一种活性炭材料及其制备方法。
背景技术
活性炭材料是一种多孔无定形碳材料，由富碳有机体在惰性气体中高温炭化和氢氧化钾活化而得。活性炭材料的原料来源广泛，天然材料如椰壳、沥青、煤和高聚物等都能作为活性炭的前驱体。典型的活性炭材料在微米级的碳颗粒中存在多孔网络，它的比表面积大约在700~2000 m2 g–1，孔径分布主要集中在2~5nm（Y. Zhai et al., Adv. Mater.2011, 23, 4828; F. Béguin et al., Adv. Mater. 2014, 26, 2219.）。因此，活性炭材料已成为超级电容器、锂离子电池、锂硫电池等电极材料的研究热点。
活性炭材料的制备分为富碳有机体在惰性气体中高温炭化和氢氧化钾活化两步（C. Portet et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 2009,11, 4943; J. Yan et al.,Electrochem. Commun. 2010,12, 1279; L. Wei et al., Adv. Func. Mater.2012, 22,827.）。两步法高温制备活性炭材料的能耗极高，且活性炭的比表面积也有待进一步提高。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和能耗低的活性炭材料的制备方法，用该方法制备的活性炭的比表面积大和电化学性能高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（2~1000）∶1∶（0.1~1.8），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在40~100oC条件下搅拌0.16~4h，得到黑色溶液。
步骤二、将所述黑色溶液在40~120oC条件下烘干2~48h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于500~1400oC条件下保温0.5~12h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
所述富碳有机体为琼脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖中的一种。
所述惰性气体为氮气或为氩气。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：
本发明利用氢氧化钾与富碳有机体混合脱氧，一步煅烧，具有工艺简单和能耗低的特点。制备的活性炭材料经实验证明，本发明采用一步法制备的活性炭比现有的两步法制备的活性炭材料的孔体积大，计算得出的比表面积大。另外，本发明所制备的活性炭材料具有较高的电化学性能，以氢氧化钾为电解质，活性炭材料的比电容在1A/g的电流下高达226F/g，是两步法制备的活性炭的比电容的1.4倍。
因此，本发明具有工艺简单和能耗低的特点，所制备的活性炭材料具有更大的比表面积和更高的电化学性能。
附图说明
图1是本发明制备的一种活性炭材料的等温吸脱附曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具有实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种活性炭材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（2~10）∶1∶（0.1~0.4），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在40~50oC条件下搅拌0.16~0.5h，得到黑色溶液。
步骤二、将所述黑色溶液在40~60oC条件下烘干2~24h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于500~600oC条件下保温0.5~1h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
所述富碳有机体为琼脂。
所述惰性气体为氮气。
实施例2
一种活性炭材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（10~20）∶1∶（0.4~0.7），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在50~60oC条件下搅拌0.5~1h，得到黑色溶液。
步骤二、将所述黑色溶液在55~75oC条件下烘干8~30h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于600~700oC条件下保温1~2h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
所述富碳有机体为葡萄糖。
所述惰性气体为氩气。
实施例3
一种活性炭材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（20~50）∶1∶（0.7~1.0），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在60~70oC条件下搅拌1~2h，得到黑色溶液。
步骤二、将所述黑色溶液在70~90oC条件下烘干14~36h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于700~800oC条件下保温2~4h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
所述富碳有机体为蔗糖。
所述惰性气体为氮气。
实施例4
一种活性炭材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（50~100）∶1∶（1.0~1.4），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在70~85oC条件下搅拌2~3h，得到黑色溶液。
步骤二、将所述黑色溶液在85~105oC条件下烘干20~42h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于800~1000oC条件下保温4~6h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
所述富碳有机体为果糖。
所述惰性气体为氩气。
实施例5
一种活性炭材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（100~1000）∶1∶（1.4~1.8），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在85~100oC条件下搅拌3~4h，得到黑色溶液。
步骤二、将所述黑色溶液在100~120oC条件下烘干26~48h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于1000~1400oC条件下保温6~12h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
所述富碳有机体为麦芽糖。
所述惰性气体为氩气。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
本具体实施方式利用氢氧化钾与富碳有机体混合脱氧，一步煅烧，具有工艺简单和能耗低的特点。制备的活性炭材料的等温吸脱附曲线如图1所示。从图1中可以看到，本具体实施方式采用一步法制备的活性炭比现有的两步法制备的活性炭材料的孔体积大，计算得出的比表面积大。另外，本具体实施方式所制备的活性炭材料具有较高的电化学性能，以氢氧化钾为电解质，活性炭材料的比电容在1A/g的电流下高达226F/g，是两步法制备的活性炭的比电容的1.4倍。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和能耗低的特点，所制备的活性炭材料具有更大的比表面积和更高的电化学性能。

Claims (4)

1.一种活性炭材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照水∶富碳有机体∶氢氧化钾的质量比为（2~1000）∶1∶（0.1~1.8），将所述水、所述富碳有机体和所述氢氧化钾混合，在40~100oC条件下搅拌0.16~4h，得到黑色溶液；
步骤二、将所述黑色溶液在40~120oC条件下烘干2~48h，得到灰色凝胶，再将所述灰色凝胶在惰性气体中于500~1400oC条件下保温0.5~12h，洗涤，干燥，得到活性炭材料。
2.根据权利要求1所述活性炭材料的制备方法，其特征在于所述富碳有机体为琼脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖中的一种。
3.根据权利要求1所述活性炭材料的制备方法，其特征在于所述惰性气体为氮气或为氩气。
4.一种活性炭材料，其特征在于所述活性炭材料是根据权利要求1~3项中任一项所述的活性炭材料的制备方法所制备的活性炭材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110182803A (zh) * 2019-06-11 2019-08-30 武汉科技大学 一种活性炭材料及其制备方法

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CN104709906A (zh) * 2013-12-17 2015-06-17 中国科学院过程工程研究所 一种三维分级多孔活性炭材料的制备方法
CN106185932A (zh) * 2016-07-25 2016-12-07 句容市百诚活性炭有限公司 一种高比表面积分级孔结构的活性炭的制备方法
CN106219540A (zh) * 2016-07-25 2016-12-14 句容市百诚活性炭有限公司 一种多级开放性孔结构的活性炭的制备方法

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