CN110745823A - 一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法 - Google Patents

一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110745823A
CN110745823A CN201910832026.5A CN201910832026A CN110745823A CN 110745823 A CN110745823 A CN 110745823A CN 201910832026 A CN201910832026 A CN 201910832026A CN 110745823 A CN110745823 A CN 110745823A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drying
furfural
deionized water
present
washing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910832026.5A
Other languages
English (en)
Inventor
李梅
朱玉鑫
付丹妮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qilu University of Technology
Original Assignee
Qilu University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qilu University of Technology filed Critical Qilu University of Technology
Priority to CN201910832026.5A priority Critical patent/CN110745823A/zh
Publication of CN110745823A publication Critical patent/CN110745823A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents
    • C01B32/348—Metallic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法，属于新能源电子材料技术领域。天然生物质基碳材料能量密度相对较低，不能满足实际应用的需要。由水热法制得糠醛树脂，其制备工艺为：称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于80 ml去离子水，待其溶解后，加入4 ml糠醛溶液，磁力搅拌至体系均匀后转移至反应釜内，在160 oC下水热3 h。冷却室温后，抽滤、洗涤。干燥后进行活化碳化，过量酸洗并干燥。制备得到的超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料，比表面积高达1282 m2 g‑1，在1 A g‑1时，比电容值为260 F g‑1，10 A g‑1时的电容保持率达到70%，电化学性能优异。本发明制备得到糠醛树脂基多孔碳材料成本低廉、比表面积高、综合性能优异，具有高的实际应用价值。

Description

一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法
技术领域
本发明属于新能源电子材料技术领域，涉及一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法。
背景技术
随着环境污染的不断加剧和不可再生化石燃料的急剧枯竭所引发的能源危机，开发超级电容器、锂离子电池等高性能储能系统，以满足日益增长的可持续能源需求势在必行。超级电容器是最有前途的储能设备之一，适用于汽车、电子和能源系统。超级电容器的充/放电率高，可与燃料电池相结合，以提供高能量的产品。作为超级电容器的关键部件之一，电极材料的选择尤为重要。从可持续、环境和经济的角度来看，相比于煤和化石油中提取的碳材料，从丰富的、可再生的、低成本的天然生物质材料表现出更有前景和实用价值。
糠醛由含聚戊糖的植物以稀硫酸水解并进行水蒸汽蒸馏即可得到，广泛存在于许多天然化合物中，例如玉米芯、棉籽壳、稻壳、甘蔗渣等。其中糠醛自缩聚产物—糠醛树脂（Furfural Resin，简称FR）因含有大量杂环碱性氮及共轭不饱和大π键体系，所以能够提供丰富的离域电子及稳定的体型结构，展现出其他生物质基材料无法达到的优异特性。其具有的化学及热稳定性，决定了糠醛树脂碳化后可保持原有的球形形貌及结构特征，尤其是对维持分级多孔结构、减少杂原子的热损失率，展现出更显著的优势。这一系列结构优势促使糠醛树脂基衍生碳可作为超级电容器电极材料，应用前景广阔。为了进一步开发糠醛树脂在超级电容器中的应用，我们深入研究了其电化学性能。（周林成, 李彦锋, 门学虎,等. 糠醛系功能高分子材料的研究进展[J]. 功能材料, 2005, 36(4):499-502.）
为了提高基于糠醛树脂基衍生碳材料的超级电容器的电化学性能，一种典型而有效的策略是，采用KOH活化碳化法，结合丰富的微孔、中孔，制备出具有高离子可达表面积，高比电容的分级多孔结构的生物质基碳电极材料。（Liu F, Wang Z, Zhang H, et al.Nitrogen, oxygen and sulfur co-doped hierarchical porous carbons toward high-performance supercapacitors by direct pyrolysis of kraft lignin[J]. Carbon,2019, 149: 105-116.）本发明以糠醛为原料，来源丰富，价廉易得，可再生。通过水热法制备得到糠醛树脂，其衍生碳作为超级电容器电极材料，比表面积高达1282 m2 g-1，有着优异的电化学性能。在1 A g-1时，比电容值为260 F g-1，10 A g-1时的电容保持率达到70%，应用潜力巨大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种方法简单、具备微孔的一种糠醛树脂基多孔碳材料的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种超级电容器电极材料，该电极材料由FeCl3˙6 H2O催化糠醛溶液自缩聚而成。
根据本发明，一种糠醛树脂基多孔碳材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）称取2~8 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。
（2）待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入3~10 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。
（3）将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为120~200 oC，水热时间为2~12 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
（4）干燥完全后，按照mFR:mKOH为1.0:0.5~4.0的质量比进行加碱处理，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50oC的烘箱内干燥。
（5）干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2~5 oC min-1的升温速率升温至600~900 oC，碳化1~3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
根据本发明，优选的，步骤（1）中所述最佳FeCl3˙6 H2O用量为7 g。
根据本发明，优选的，步骤（2）中所述最佳糠醛溶液用量为4 ml。
根据本发明，优选的，步骤（3）中所述最佳水热温度为160 oC。
根据本发明，优选的，步骤（3）中所述最佳水热时间为3 h。
根据本发明，优选的，步骤（4）中所述最佳加碱处理质量比为1:1。
根据本发明，优选的，步骤（5）中所述最佳活化碳化温度为800 oC。
根据本发明，优选的，步骤（5）中所述最佳升温速率为2 oC min-1。
本发明的技术优势如下：
（1）本发明原料为生物质提取物，其来源丰富、易提取、价格低廉。
（2）本发明采用水热法制备的糠醛树脂基多孔碳材料，具有较大的比表面积及优异的性能。
附图及附表说明
图1为本发明对比例制得的糠醛树脂碳化前的扫描电镜图。
图2为本发明对比例制得的糠醛树脂碳化后的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1制得的糠醛树脂碳化后的扫描电镜图。
图4为本发明实施例1、2、3制得糠醛树脂作为电极材料的电化学性能图。
图5为本发明实施例1制得的糠醛树脂碳化后的孔结构数据。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的说明，但不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：
称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入4 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为160 oC，水热时间为3 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
干燥完全后，按照mFR:mKOH为1.0:1.0的质量比进行加碱处理，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50 oC的烘箱内干燥。干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2 oC min-1的升温速率升温至800 oC，碳化3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
实施例2：
称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入4 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为180 oC，水热时间为3 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
干燥完全后，按照mFR:mKOH为1.0:1.0的质量比进行加碱处理，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50 oC的烘箱内干燥。干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2 oC min-1的升温速率升温至800 oC，碳化3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
实施例3：
称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入4 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为200 oC，水热时间为3 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
干燥完全后，按照mFR:mKOH为1.0:1.0的质量比进行加碱处理，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50 oC的烘箱内干燥。干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2 oC min-1的升温速率升温至800 oC，碳化3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
实施例4：
称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入4 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为160 oC，水热时间为3 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
干燥完全后，按照mFR:mKOH为1.0:2.0的质量比进行加碱处理，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50 oC的烘箱内干燥。干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2 oC min-1的升温速率升温至800 oC，碳化3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
实施例5：
称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入4 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为180 oC，水热时间为3 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
干燥完全后，按照mFR:mKOH为1.0:0.5的质量比进行加碱处理，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50 oC的烘箱内干燥。干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2 oC min-1的升温速率升温至800 oC，碳化3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
对比例:
称取7 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入4 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为180 oC，水热时间为3 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
干燥完全后，将样品转移至坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2 oC min-1的升温速率升温至800 oC，碳化3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。

Claims (2)

1.一种糠醛树脂基多孔碳材料的制备方法，其特征在于，操作简单，由来源丰富、价格低廉的糠醛参与制备。
2.一种权利要求1所述的超级电容器电极材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）称取2~8 g FeCl3˙6 H2O溶于盛有80 ml去离子水的100 ml烧杯中，在室温条件下进行磁力搅拌。
（2）待FeCl3˙6 H2O溶解后，加入3~10 ml糠醛溶液，继续搅拌得到均一溶液。
（3）将上述溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内，设置水热温度为120~200 oC，水热时间为2~12 h。自然冷却至室温后，抽滤，并使用去离子水与无水乙醇充分洗涤产物后，在45~50 oC的烘箱内干燥。
（4）干燥完全后，按照mFR: mKOH为1.0:0.5~4.0的质量比，称取一定量的样品与KOH转移至表面皿，加入1~10 ml去离子水并进行充分混合。将表面皿放入45~50 oC的烘箱内干燥。
（5）干燥完全后，将样品转移至铁坩埚中并在管式炉中进行活化碳化，在惰性气氛下，以2~5 oC min-1的升温速率升温至600~900 oC，碳化1~3 h。冷却至室温后，用1 M稀盐酸过量浸泡，使用去离子水与无水乙醇进行离心洗涤至中性后，在45~50 oC的烘箱内干燥，即得最终产物。
根据本发明，优选的，步骤（1）中所述最佳FeCl3˙6 H2O用量为7 g。
根据本发明，优选的，步骤（2）中所述最佳糠醛溶液用量为4 ml。
根据本发明，优选的，步骤（3）中所述最佳水热温度为160 oC。
根据本发明，优选的，步骤（3）中所述最佳水热时间为3 h。
根据本发明，优选的，步骤（4）中所述最佳加碱处理质量比为1.0:1.0。
根据本发明，优选的，步骤（5）中所述最佳活化碳化温度为800 oC。
根据本发明，优选的，步骤（5）中所述最佳升温速率为2 oC min-1。
CN201910832026.5A 2019-09-04 2019-09-04 一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法 Pending CN110745823A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910832026.5A CN110745823A (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910832026.5A CN110745823A (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110745823A true CN110745823A (zh) 2020-02-04

Family

ID=69276154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910832026.5A Pending CN110745823A (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110745823A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112194132A (zh) * 2020-09-30 2021-01-08 浙江大学 一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1961156A1 (de) * 1968-12-05 1971-01-14 Borden Chemical Company Uk Ltd Verfahren zur Herstellung von Giessformen oder -kernen
CN101412795A (zh) * 2008-09-27 2009-04-22 徐州工业职业技术学院 采用大孔强碱性阴离子交换树脂和大孔强酸性阳离子交换树脂二步催化合成糠酮树脂的工艺
CN103663448A (zh) * 2012-09-19 2014-03-26 天津普兰纳米科技有限公司 碳材料的制备方法、所得碳材料及其应用
CN109742383A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 中国科学院物理研究所 基于酚醛树脂的钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1961156A1 (de) * 1968-12-05 1971-01-14 Borden Chemical Company Uk Ltd Verfahren zur Herstellung von Giessformen oder -kernen
CN101412795A (zh) * 2008-09-27 2009-04-22 徐州工业职业技术学院 采用大孔强碱性阴离子交换树脂和大孔强酸性阳离子交换树脂二步催化合成糠酮树脂的工艺
CN103663448A (zh) * 2012-09-19 2014-03-26 天津普兰纳米科技有限公司 碳材料的制备方法、所得碳材料及其应用
CN109742383A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 中国科学院物理研究所 基于酚醛树脂的钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. HOKARI ET AL.: ""Structural Analysis and Electric Double Layer Capacitor of Furfural Resin -Based Active Carbon with Different Particle Size"", 《2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRONICS PACKAGING (ICEP)》 *
POPOVA, NN ET AL.: ""Sorption of Tc(VII) and Am(III) by carbon materials: effect of oxidation"", 《JOURNAL OF RADIOANALYTICAL AND NUCLEAR CHEMISTRY》 *
刘保健等: ""糠醛和呋喃的生产、合成进展"", 《化工时刊》 *
梁少华: "《植物油料资源综合利用》", 31 December 2009 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112194132A (zh) * 2020-09-30 2021-01-08 浙江大学 一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022134444A1 (zh) 一种生物油轻质馏分基面包状多孔活性炭及其制备方法和用途
CN112420402B (zh) 一种氮掺杂生物炭及制备方法和应用以及电极和制备方法
CN108358203B (zh) 一种生物质类多孔石墨烯结构活性炭的制备方法
CN110330014B (zh) 用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法
CN112133572A (zh) 用作超级电容器的三维多孔生物质碳材料及其制备方法
CN111170318B (zh) 酚醛树脂基氧掺杂微孔碳电极材料的制备方法
CN109003828B (zh) 小麦秸秆衍生的多孔生物质炭电极材料及其制备方法
CN113200544B (zh) 一种生物质炭基超级电容器电极材料制备方法
CN107154498B (zh) 植物材料制备微孔碳结构电极材料的制备方法及其应用
CN110745823A (zh) 一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法
CN112174119B (zh) 一种抗生素菌渣制备泡沫石墨烯的方法
CN111710529B (zh) 一种Co/Mn-MOF/氮掺杂碳基复合材料及其制备方法与应用
CN117198765A (zh) 一种同时具有高比容量和良好循环稳定性的碳基储能电极材料及制备方法
CN111517311B (zh) 一种大尺寸生物质石墨烯的制备方法及其在储能器件中的应用
CN110028069A (zh) 一种用于超级电容器的多级孔先进碳电极材料的制备方法
CN113044839B (zh) 一种分级多孔炭材料的制备方法及应用
CN112599363B (zh) 一种SnO2修饰的N、P共掺杂多孔碳的超级电容器材料
CN112908716B (zh) 一种硅藻土为载体的氧化锌-石墨烯复合电极材料制备方法
CN112366316B (zh) 一种氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法及其应用
CN114349002A (zh) 纤维素气凝胶-MXene多孔碳电极材料的制备方法
CN109192540B (zh) 一种生物质碳化产物与二氧化锰复合电极材料及其制备方法
CN112670097A (zh) 一种三维网络结构的丝瓜络基衍生碳电极材料的制备方法
CN111924842A (zh) 一种基于荷梗的电极材料及其制备方法
CN112551523B (zh) 一种微波辅助制备蜂蜜基衍生碳电极材料的方法
CN112599367B (zh) 一种微波辅助制备藕粉衍生碳电极材料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200204

RJ01 Rejection of invention patent application after publication