CN110510609B - 一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途 - Google Patents

一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途 Download PDF

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Abstract

一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途，所述高导电、高导热活性炭的比表面积为800～2500m2/g，电导率为2‑500S/cm；导热系数为5‑120W/mK；其制备系统包括：预氧化子系统，活化造孔子系统和尾气处理与循环子系统；制备方法，包括将聚合物纤维在预氧化子系统中用含氧气体处理后，切割为小颗粒，在活化造孔子系统中用CO2高温高压下处理，生成高导电性的活性炭。将尾气(含CO2，CO等)进入尾气处理与循环子系统，变为高纯CO2，用作用活化造孔的原料气。同时高温尾气可为预氧化子系统和活化造孔子系统供热。该制备方法简单，成本低，所得产品纯度高，振实密度大，结构完整，机械强度强，可适用于做分离、吸附材料或电化学储能的电极材料。

Description

一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途
技术领域
本发明属于碳材料及其制备技术领域，特别涉及一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途。
背景技术
双电层电容器是一类基于电解液/电极界面的物理储能器件，具有充放电快，不放热，功率密度大，安全寿命长的特点，广泛应用于各种重型设备的启动，大功率系统的激发，以及快速储能与转移的能量吸附领域，以及需要长周期待机时保持可靠性的备用电源等。这类电容器常用比表面积大的活性炭，碳纳米管及石墨烯等做电极材料，尽量兼顾导电性、化学稳定性、适宜孔结构与加工特性等多种要求。在传输特性上，既需要满足长程的电子导电要求，又需要满足短程的离子扩散要求。碳纳米管与石墨烯等材料很好地满足了这一要求，但其振实密度太低，吸液量过大，导致基于器件的能量密度不高。在加工特性方面，活性炭由于颗粒大，振实密度大，吸附液量小而被广泛采用，但是其微孔太多，导电性太差，制约了性能发挥。同时，对于有机挥发性气体处理的环保行业来说，也存在着活性炭吸附剂微孔比例太高，可逆使用性能差的缺点。同时，由于以前的活性炭导电与导热性差，在吸附降温与脱附升温的操作过程中，耗时过长，能耗高。有时不能满足吸附与脱附快速切换的需要。
另外，对于用于超级电容器的活性炭电极材料的活性方法与环保用活性炭的活化方法来说，大多用水蒸汽活性或碱活化，具有流程长，污染大，成本高的缺点。对于少量CO2活化的技术来说，没有充分考虑过程的热能利用与尾气回用方案，导致成本偏高。
上述材料的基本特性，导致了活性炭基双电层电容器的性能很难再提高。同时也导致了碳纳米管与石墨烯基双电层电容器产业化步伐迟缓。也导致了目前活性炭材料在环保应用时，应用领域有限。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途，该活性炭的导电性等于或优于碳纳米管或石墨烯，远优于传统活性炭，化学结构稳定性远优于传统活性炭，吸液量、振实密度又介于二者之间，从而具有目前已知最好的综合电容器件性能。导热性远优于传统活性炭，与石墨接近，从而在气体吸附/脱附与导热方面的工程操作方面具有优势。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高导电、高导热活性炭，所述高导电、高导热活性炭的比表面积为800～2500m2/g，5-10nm孔的孔容占总孔容的40-85％,电导率为2-600S/cm,导热系数为5-120W/mK。
一种所述高导电、高导热活性炭的制备系统，包括：预氧化子系统1，活化造孔子系统2和尾气处理与循环子系统3；其中预氧化子系统1设置有预氧化子系统1的固体原料进口4、预氧化子系统1的原料气进口5、预氧化子系统1的固体出口6、预氧化子系统1的尾气出口7、预氧化子系统1的换热气体进口8和预氧化子系统1的换热气体出口9；其中活化造孔子系统2设置有具有活化造孔子系统2的活化气体进口10、活化造孔子系统2的尾气出口11、活化造孔子系统2的固体原料进口12,活化造孔子系统2的固体产品出口13；尾气处理与循环子系统3设置具有尾气处理与循环子系统3的尾气进口14、尾气处理与循环子系统3的尾气出口15和尾气处理与循环子系统3的空气进口16；
其中，预氧化子系统1的尾气出口7和活化造孔子系统2的尾气出口11均与尾气处理与循环子系统3的尾气进口14相连；尾气处理与循环子系统3尾气出口15与活化造孔子系统2的活化气体进口10相连，并与预氧化子系统1的换热气体进口8相连；预氧化子系统1的换热气体出口9与活化造孔子系统2的活化气体进口10相连。
一种所述高导电、高导热活性炭的方法，采用所述的制备系统进行制备，包括如下步骤：
步骤1：将高导电、高导热活性炭的制备系统按照权利要求2所述的连接关系进行相连；
步骤2：将聚合物纤维经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5在通入含氧气体并升温至150-350℃，在0.1-2MPa下，保持1-24小时；得到导电率与导热率达到要求的中间产品；
步骤3：降温至20-100℃后，将中间产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为20-200微米的颗粒；
步骤4.将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中；从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为0.1-3000L/kg颗粒/h，在500-1200℃,0.1-2MPa下处理0.1-24小时后，降至20-100℃，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品；该产品为导电率，导热率，比表面积与孔容比例均达到要求的最终产品；
步骤5：预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3；从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1000-1200℃下，转化为高温CO2；
步骤6：将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，10％-30％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；30％-70％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的0-60％CO2它用。
所述聚合物纤维为聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、芳纶、涤纶、氨纶、聚醚、聚乙烯醇、聚烯烃、三聚氰胺、酚醛树脂、环氧树脂、聚噻吩、聚甲醛、聚苯胺、聚吡啶、聚吡咯、聚乙炔和聚环氧乙烷中的一种或多种。
所述高导电、高导热活性炭的用途，用作超级电容器的电极材料及用作气体吸附材料。
用于4V的超级电容器的电极材料，在10A/g扫速下比电容为100-250F/g。
用于处理含量在300-30000mg/m3的挥发性有机气体C4-C10时，在0-300℃的吸附与脱附过程中，连续吸附-脱附操作8000次以上，性能仅衰减1-2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明使用的制备方法简单，能够制备长径比范围较大的导电活性炭。同时孔径与比表面积可调。用作电容电极材料时，比目前市售活性炭基电容器的高功率下寿命提高2-3倍。或单位时间的储电成本降低20-50％。与目前已报道的碳纳米管纤维，石墨烯纤维相比，构成的电容器件，质量能量密度提高80-200％。
2)将尾气经过处理，变为高温高纯CO2气体，既用于产品加工过程的活化造孔的原料，又用于预氧化处理与造化活化的热源，使目的产品的制备成本降低20-50％。
3)用作气体或液体的吸附材料时，同等吸附效率下，比目前的活性炭产品，压降降低25-40％。比目前的碳纳米材料的产品，处理能力提高50-500％。
4)由于导热系数高，用于气体吸附/脱附时，比目前的市售活性炭，时间缩短50-80％,冷却与加热能耗分别降低30-50％,20-60％。
可见，本发明制备方法简单，所得产品纯度高，振实密度大，结构完整，机械强度强，可适用于做分离、吸附材料或电化学储能的电极材料。
附图说明
图1高导电、高导热活性炭的制备系统示意图
1.预氧化子系统1，2.活化造孔子系统2，3.尾气处理与循环子系统3，4.预氧化子系统1的固体原料进口，5.预氧化子系统1的原料气进口，6.预氧化子系统1的固体出口，7.预氧化子系统1的尾气出口，8.预氧化子系统1的换热气体进口，9.预氧化子系统1的换热气体出口；10.活化造孔子系统2的活化气体进口，11.活化造孔子系统2的尾气出口，12.活化造孔子系统2的固体原料进口,13.活化造孔子系统2的固体产品出口；14.尾气处理与循环子系统3的尾气进口，15.尾气处理与循环子系统3的尾气出口，16.尾气处理与循环子系统2的空气进口
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1
将活性炭的制备系统进行连接。将聚丙烯腈纤维经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体(5％O2,其余为氮气)并升温至150℃，在2MPa下，保持1小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至100℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为20-100微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为0.1L/kg颗粒/h，在1200℃,0.1MPa下处理0.1小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为1800m2/g，5-10nm的孔占总孔容的85％。导电率为150S/cm。导热系数为50W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1200℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，10％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；30％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的60％CO2它用。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，电极材料的比电容为250F/g。
实施例2
将活性炭的制备系统进行连接。将聚酯纤维经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体(空气)并升温至350℃，在0.1MPa下，保24小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至50℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为50-200微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为300L/kg颗粒/h，在500℃,2MPa下处理24小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为2500m2/g，5-10nm的孔占总孔容的40％。导电率为50S/cm。导热系数为30W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1000℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，30％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；70％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，所得材料的比电容为210F/g。
实施例3
将活性炭的制备系统进行连接。将聚乙烯醇纤维经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体并升温至200℃，在0.3MPa下，保持4小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至20℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为20-70微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为1500L/kg颗粒/h，在800℃,1.2MPa下处理8小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为800m2/g，5-10nm的孔占总孔容的60％。导电率为350S/cm。导热系数为120W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1050℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，10％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；70％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的20％CO2它用。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，电极材料的比电容为100F/g。
实施例4
将活性炭的制备系统进行连接。将聚苯乙烯、聚醚、聚乙烯醇纤维(质量分数分别为20％，30％，50％)，经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体(10％O2,其余为CO2)并升温至150℃，在0.4MPa下，保持6小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至40℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为20-200微米的颗粒。
将颗粒经预氧化子系统1的固体进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为3000L/kg颗粒/h，在900℃,1MPa下处理12小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为2000m2/g，5-10nm的孔占总孔容的80％。导电率为600S/cm。导热系数为90W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1100℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，30％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；60％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的10％CO2它用。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，电极材料的比电容为195F/g。
实施例5
将活性炭的制备系统进行连接。将芳纶纤维与氨纶纤维(质量分数各为50％)经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体升温至180℃，在0.5MPa下，保持14小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至30℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为40-150微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为800L/kg颗粒/h，在600℃,2MPa下处理24小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为1600m2/g，5-10nm的孔占总孔容的70％。导电率为30S/cm。导热系数为25W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1150℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，15％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；32％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的57％CO2它用。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，所得材料的比电容为200F/g。
实施例6
将活性炭的制备系统进行连接。将聚碳酸酯纤维与聚氨酯纤维(质量分数分别为30％与70％)经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体升温至350℃，在1.5MPa下，保持2小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至60℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为80-200微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为40L/kg颗粒/h，在700℃,0.9MPa下处理14小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为2500m2/g，5-10nm的孔占总孔容的45％。导电率为2S/cm。导热系数为5W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1000℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，20％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；40％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的40％CO2它用。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，所得材料的比电容为250F/g。
实施例7
将活性炭的制备系统进行连接。将聚醚纤维、聚甲醛纤维与聚环氧乙烷纤维(质量分数分别为50％，20％，30％)经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体并升温至250℃，在0.5MPa下，保持4小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至40℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为40-140微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为30L/kg颗粒/h，在800℃,0.6MPa下处理4小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为1690m2/g，5-10nm的孔占总孔容的74％。导电率为450S/cm。导热系数为105W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1200℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，20％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；30％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的50％CO2它用。
在4V的超级电容器(以EMIBF4为电解液)中，在10A/g的扫速下，所得材料的比电容为230F/g。
实施例8
将活性炭的制备系统进行连接。将涤纶纤维，三聚氰胺纤维与聚丙烯腈纤维(质量分数分别为30％，50％，20％)，经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体升温至170℃，在0.8MPa下，保持3小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至90℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为50-100微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为500L/kg颗粒/h，在900℃,2MPa下处理20小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为1900m2/g，5-10nm的孔占总孔容的67％。导电率为250S/cm。导热系数为80W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1080℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，13％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；70％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的20％CO2它用。
所得材料用于处理挥发性有机气体(C6-C10，含量在300mg/m3)时，在0-300℃的吸附与脱附过程中，连续吸附-脱附操作8000次以上，性能衰减1.2％。
实施例9
将活性炭的制备系统进行连接。将聚吡啶、聚吡咯、聚噻吩纤维(质量分数分别为20％，60％，20％)，经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体并升温至210℃，在1.1MPa下，保持24小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至50℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为20-200微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为60L/kg颗粒/h，在900℃,0.3MPa下处理8小时后，降至室温，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为2100m2/g，5-10nm的孔占总孔容的59％。导电率为350S/cm。导热系数为118W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1080℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，25％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量50％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的25％CO2它用。
所得材料用于处理挥发性有机气体(C4-C10，含量在30000mg/m3)时，在0-200℃的吸附与脱附过程中，连续吸附-脱附操作8000次以上，性能衰减1％。
实施例10
将活性炭的制备系统进行连接。将环氧树脂，聚环氧乙烷、聚乙炔及聚烯烃纤维(质量分数分别为30％，20％，40％,10％)，经预氧化子系统1的固体原料进口4，置于预氧化子系统1中，从预氧化子系统1的原料气进口5通入含氧气体并升温至250℃，在0.4MPa下，保持14小时，得到导电率与导热率达到权利要求1的中间产品。降温至100℃后，将固体产品从预氧化子系统1的固体出口6取出，切割为平均粒径为20-200微米的颗粒。
将颗粒经活化造孔子系统2的固体原料进口12填入活化造孔子系统2中。从活化造孔子系统2的活化气体进口10通入含CO2气体，含CO2气体的空速为500L/kg颗粒/h，在900℃,1.2MPa下处理2小时后，降至20℃，经过活化造孔子系统2的固体产品出口13取出所得产品。所制备的高导电、高导热活性炭颗粒产品比表面积为1500m2/g，5-10nm的孔占总孔容的50％。导电率为600S/cm。导热系数为120W/mK。
预氧化子系统1的尾气从预氧化子系统1的尾气出口7出，活化造孔子系统2的尾气从活化造孔子系统2的尾气出口11出，一并经尾气处理与循环子系统3的尾气进口14，进入尾气处理与循环子系统3。从尾气处理与循环子系统2的空气进口16通入空气，尾气在1200℃下，转化为高温CO2。
将高温CO2从尾气处理与循环子系统3的尾气出口15引出，15％的高温CO2进入预氧化子系统1的换热气体进口8，为预氧化子系统1提供热量；40％的高温CO2进入活化造孔子系统2的活化气体进口10，既用作活化造孔子系统2的活化气体，又为活化造孔子系统2提供能量；出预氧化子系统1的换热气体，也通过预氧化子系统1的换热气体出口9进入活化造孔子系统2的活化气体进口10；超过活化造孔子系统2所需要的活化气体原料的45％CO2它用。
所得材料用于处理挥发性有机气体(C9-C10，含量在1000mg/m3)时，在0-300℃的吸附与脱附过程中，连续吸附-脱附操作8000次以上，性能衰减2％。

Claims (5)

1.一种高导电、高导热活性炭，其特征在于，所述高导电、高导热活性炭的比表面积为800～2500 m2/g，5-10nm孔的孔容占总孔容的40-85%, 电导率为2-600 S/cm, 导热系数为5-120W/mK；
制备所述高导电、高导热活性炭的制备系统，包括：预氧化子系统（1）、活化造孔子系统（2）和尾气处理与循环子系统（3）；其中预氧化子系统（1）设置有预氧化子系统（1）的固体原料进口（4）、预氧化子系统（1）的原料气进口（5）、预氧化子系统（1）的固体出口（6）、预氧化子系统（1）的尾气出口（7）、预氧化子系统（1）的换热气体进口（8）和预氧化子系统（1）的换热气体出口（9）；其中活化造孔子系统（2）设置有具有活化造孔子系统（2）的活化气体进口（10）、活化造孔子系统（2）的尾气出口（11）、活化造孔子系统（2）的固体原料进口（12）, 活化造孔子系统（2）的固体产品出口（13）；尾气处理与循环子系统（3）设置具有尾气处理与循环子系统（3）的尾气进口（14）、尾气处理与循环子系统（3）的尾气出口（15）和尾气处理与循环子系统（3）的空气进口（16）；
其中，预氧化子系统（1）的尾气出口（7）和活化造孔子系统（2）的尾气出口（11）均与尾气处理与循环子系统（3）的尾气进口（14）相连；尾气处理与循环子系统（3）尾气出口（15）与活化造孔子系统（2）的活化气体进口（10）相连，并与预氧化子系统（1）的换热气体进口（8）相连；预氧化子系统（1）的换热气体出口（9）与活化造孔子系统（2）的活化气体进口（10）相连；
制备所述高导电、高导热活性炭的方法，采用所述的制备系统进行制备，包括如下步骤：
步骤1：将高导电、高导热活性炭的制备系统按照所述的连接关系进行相连；
步骤2：将聚合物纤维经预氧化子系统（1）的固体原料进口（4），置于预氧化子系统（1）中，从预氧化子系统（1）的原料气进口（5）再 通入含氧气体并升温至150-350℃，在0.1-2MPa下，保持1-24小时；得到中间产品；
步骤3：降温至20-100℃后，将中间产品从预氧化子系统（1）的固体出口（6）取出，切割为平均粒径为20-200微米的颗粒；
步骤4. 将颗粒经活化造孔子系统（2）的固体原料进口（12）填入活化造孔子系统（2）中；从活化造孔子系统（2）的活化气体进口（10）通入含CO2气体，含CO2气体的空速为0.1-3000 L/kg颗粒/h，在500-1200℃, 0.1-2MPa下处理0.1-24小时后，降至20-100℃，经过活化造孔子系统（2）的固体产品出口（13）取出所得产品；该产品即为高导电、高导热活性炭；
步骤5：预氧化子系统（1）的尾气从预氧化子系统（1）的尾气出口（7）出，活化造孔子系统（2）的尾气从活化造孔子系统（2）的尾气出口（11）出，一并经尾气处理与循环子系统（3）的尾气进口（14），进入尾气处理与循环子系统（3）；从尾气处理与循环子系统（3）的空气进口（16）通入空气，尾气在1000-1200℃下，转化为高温CO2；
步骤6：将高温CO2从尾气处理与循环子系统（3）的尾气出口（15）引出， 10%-30%的高温CO2进入预氧化子系统（1）的换热气体进口（8），为预氧化子系统（1）提供热量；30%-70%的高温CO2进入活化造孔子系统（2）的活化气体进口（10），既用作活化造孔子系统（2）的活化气体，又为活化造孔子系统（2）提供能量；出预氧化子系统（1）的换热气体，也通过预氧化子系统（1）的换热气体出口（9）进入活化造孔子系统（2）的活化气体进口（10）；超过活化造孔子系统（2）所需要的活化气体原料的0-60%CO2它用。
2.根据权利要求1所述的高导电、高导热活性炭，其特征在于，所述聚合物纤维为聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、芳纶、涤纶、氨纶、聚醚、聚乙烯醇、聚烯烃、三聚氰胺、酚醛树脂、环氧树脂、聚噻吩、聚甲醛、聚苯胺、聚吡啶、聚吡咯、聚乙炔和聚环氧乙烷中的一种或多种。
3.权利要求1所述高导电、高导热活性炭的用途，其特征在于，用作超级电容器的电极材料及用作气体吸附材料。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，用于4V的超级电容器的电极材料，在10A/g扫速下比电容为100-250 F/g。
5.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，用于处理含量在300-30000mg/m3的挥发性有机气体C4-C10时，在0-300℃的吸附与脱附过程中，连续吸附-脱附操作8000次以上，性能仅衰减1-2%。
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