CN109607698B - 用于制备大块平整多孔成型碳电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于制备大块平整多孔成型碳电极的方法，属于大块平整碳电极材料的制备技术领域。首先将木材切割成厚度一定的木板，利用切割得到的木板为原料制得大块木炭电极。再将木材加工成一定大小的木板，将切割的木板烘干25天，再利用KOH溶液浸泡12‑36小时，浸泡完以后烘干5‑10天得到新的木板。然后将处理以后的木板放在碳化炉中隔绝空气燃烧得到一大块多孔成型的碳电极。本发明方法得到的大块碳电极由于是一整块烧结，稳定性更好。由于未使用粘结剂，电极的导电性更好，更易应用在大型设备和工艺中，从而使其具有广阔的应用前景。

Description

用于制备大块平整多孔成型碳电极的方法
技术领域
本发明属于碳电极技术领域，特别是一种大块平整多孔碳电极的制备方法。
背景技术
在电化学处理水的应用中，利用金属电极在电解过程中会发生溶解，从而使大量的金属离子进入溶液中。而为了除去这些离子，就要添加碱性物质产生沉淀来去除。最终产生大量金属沉淀污泥，导致水处理过程中的二次污染。同时在金属表面还会产生大量的氧导致金属表面钝化，造成电解效率的降低。大量的金属溶解也造成了金属电极的损耗率很高，大大增加了电极的使用成本。而目前人工合成的碳电极是具有多级孔道结构的，不仅可以直接作为电极材料直接应用，也可以当做载体和金属氢氧化物或氧化物复合，从而得到复合电极材料。但直到现在人工合成的多孔碳的制备工艺仍然很复杂，且成本较高。不仅如此，利用模板法得到的多孔碳电极的硅模板难以去除干净，导电性不易提高，因而不利于大规模工业化生产和实际利用。
而本发明专利中提到的大块多孔成型碳电极，不需要添加聚合物等胶黏剂，导电性能更好。同时避免了压制过程，电极的形貌、微观结构以及活性物质都能够完整的保存下来。不会因为材料结构的破坏而影响碳电极的电化学活性。同时，由于碳电极的价格便宜，在大规模的应用上越来越有优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电化学电极的大块多孔成型碳电极的制备方法。
本发明的技术方案：
一种用于制备大块平整多孔成型碳电极的方法，先将木板在氢氧化钾溶液中浸泡，然后烘干使木板的含水率降低在20％以下，最后将低含水率的木板直接碳化从而得到大块多孔成型碳电极材料；
具体步骤如下：
(1)将加工成所需尺寸的木板置于浓度为5mol/L的氢氧化钾溶液浸泡12-36小时，然后烘干至木板的含水率降低在20％以下；
(2)将烘干后的木板放置在碳化炉，碳化炉为惰性气体氮气气氛，碳化过程中持续通气体流量为1.0-1.5L/S的氮气；碳化过程升温：以5℃/min的升温速率开始升温至管内的温度达到250℃，然后保温一个小时；然后以1℃/min的升温速率升温至400℃，保温一个小时；接下来以2℃/min的升温速率加热至650℃，再保温一个小时；最后以5℃/min的升温速率加热至800℃，最后保温三小时；从而使木板完全碳化，得到多孔成型碳电极；
碳化过程中木板会出现扭曲、变形及开裂；为了防止烧制过程中木板出现形变，要在木板上盖重物；随着木板质量的变化，控制0.6m+1.58≤M≤8.0m-2.10；其中M为重物的质量，m为木板的质量。
本发明的有益效果：本发明所采用的原材料来源丰富，制造工艺简单而且可以得到大块具有多孔结构的碳电极且得到的碳电极化学性能优异。并且制备的碳电极的长度可以达到50cm以上。除此以外，制备得到的大块碳电极不需要添加聚合物等胶黏剂，导电性能更好。同时避免了压制过程，电极的形貌、微观结构以及活性物质都能够完整的保存下来。不会因为材料结构的破坏而影响碳电极的电化学活性。
附图说明
图1为本发明一种用于电化学电极的大块多孔成型碳电极的制备方法的流程示意图。
图2为本发明烧制过程中剖面示意图。
图中：1炭化炉；2木板；3重物；4重物；5重物。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，详细说明本发明的具体实施方式。
将木头切割成大小为长度范围为3-100cm，宽度范围为2-25cm，厚度范围为0.8-5cm的木板。然后利用氢氧化钾溶液将加工好的木板浸泡烘干使含水率降低在20％以下得到新的木板，然后将其放置在碳化炉中。惰性气体氮气下以1.0-1.5L/S的流量800℃碳化三小时。碳化过程中要在木板上盖重物以防烧制的过程中木板出现变形。最后可得到大块平整多孔成型碳电极。
本发明碳化的木板为天然木材。包括但不局限于硬木和软木。
由上述方法得到的大块平整多孔成型碳电极可以直接作为电化学电极材料。在碳电极板上固定聚四氟钉，然后利用线连接起来，即可得到超大块成品电极。
本发明的具体实施步骤为：
本发明是用于大块多孔成型碳电极的制备方法，采用先将木板在5mol/L氢氧化钾溶液中浸泡，然后烘干使含水率降低在20％以下，最后将低含水率的大木板直接碳化从而得到大块多孔成型碳电极材料，其具体的步骤如下：
(1)将木头加工成木板，木板的尺寸大小分别为长度范围为3-100cm，宽度范围为2-25cm，厚度范围为0.8-5cm。然后利用5mol/L的氢氧化钾溶液将加工好的木板浸泡12-36小时，然后烘干使含水率低于20％得到新的木板，然后将其放置在碳化炉中碳化；
(2)向碳化炉中通入足够量的惰性气体氮气使炉子里面的空气排空，并且以1.0-1.5L/s的气体流量继续通气；
(3)对材料进行热重分析，得到失重曲线。然后利用失重曲线来设置升温速率。以5℃/min的升温速率开始升温使温度从室温升至管内的温度达到250℃，保温一小时；然后以1℃/min的升温速率从250℃升温至400℃，保温一个小时；接下来以2℃/min的升温速率从400℃升温至650℃，再保温一个小时；最后以5℃/min的升温速率从650℃升温至800℃，最后保温三小时。从而使木板完全碳化，得到多孔成型碳电极。
(4)碳化过程中木板会出现扭曲、变形及开裂。为了防止烧制过程中木板出现形变，要在木板上盖重物。随着木板质量的变化，重物的质量也随之变化。重物质量的变化范围为0.6m+1.58≤M≤8.0m-2.10(其中M指的是地砖的重量(kg)，m指的是木板的质量(kg)且木板的质量要大于等于0.43kg)。
温度(℃) 250 400 650 800
升温速率(℃/min) 5 1 2 5
保温时间(h) 1 1 1 3

Claims (2)

1.一种用于制备大块平整多孔成型碳电极的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将加工成所需尺寸的木板置于浓度为5mol/L的氢氧化钾溶液浸泡12-36小时，然后烘干至木板的含水率降低在20%以下；
（2）将烘干后的木板放置在碳化炉，碳化炉为惰性气体氮气气氛，碳化过程中持续通气体流量为1.0-1.5L/S的氮气；碳化过程升温：以5℃/min的升温速率开始升温至管内的温度达到250℃，然后保温一个小时；然后以1℃/min的升温速率升温至400℃，保温一个小时；接下来以2℃/min的升温速率加热至650℃，再保温一个小时；最后以5℃/min的升温速率加热至800℃，最后保温三小时；从而使木板完全碳化，得到多孔成型碳电极；制备的碳电极的长度为50cm以上，宽度为2-25cm，厚度为0.8-5cm；
碳化过程中，在木板上盖重物；重物的质量与木板质量的关系如下：0.6m+ 1.58≤M≤8.0m-2.10；其中M为重物的质量，m为木板的质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的木板为天然木材。
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