CN112429735A - 一种超级电容炭连续化生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超级电容炭连续化生产工艺,其工艺流程包括原材料选配、炭化、预活化、活化、盐酸洗涤、酸浸、烘干、磨粉混合，所述生产工艺包括如下重量分数的原料：20‑30份的KOH溶液，20‑25份的盐酸和适量的纯水。本发明与现有技术相比的有点在于：生产工艺简单、环境效益好、预活化时间短、减少能耗；一方面可以将果壳、木炭或石油焦回收利用，环保，另一方面可以制备出超级电容器，用作计算机系统和无限电通讯设备等的备用电源，使用效率极高，具有很好的经济性和适应性。
Description
技术领域
本发明涉及电极材料制备技术领域，具体是指一种超级电容炭连续化生产工艺。
背景技术
近几年发展起来的超级电容器，既具有传统物理电容的高比功率和循环性，又具有化学电源的高比能量特性，所以，它既能满足要求高比功率的使用条件，又能满足要求高比能量的使用条件。由于超级电容器具有优良的脉冲充放电性能以及传统物理电容所不具有的大容量储能性能，在高能脉冲激光器的应用已经引起了人们的广泛关注。同时，因其存储能量大，质量轻，可无限次充放电而被人们用作计算机系统和无限电通讯设备的备用电源。随着环保型电动汽车研究的兴起，超级电容器可以独立或与二次电池(如铅酸电池或锂离子电池)组合作为电动汽车的电源系统，具有十分广泛的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种出孔丰富、电容特性优异、稳定环保安全性高的超级电容炭连续化生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种超级电容炭连续化生产工艺其工艺流程包括原材料选配、炭化、预活化、活化、盐酸洗涤、酸浸、烘干、磨粉混合，所述生产工艺包括如下重量分数的原料：20-30份的KOH溶液，20-25份的盐酸和适量的纯水，具体包括以下步骤：
(1)原材料选配：将原料投送至粉碎机先进行初步粉碎，然后用振动筛筛选出粉末状原料；
(2)炭化：将粉末状原料放入管式炉中，向炉中通入N2，使其以20℃/min升温速率升温至400℃充分混合后，得到炭化材料；
(3)预活化：将炭化材料分成40份，其中20份炭化材料与20-30份的KOH溶液在300～400℃的反应罐内混合搅拌成浆状；
(4)活化：将预活化后的混合物充分捏合固化之后，将管式炉先升温至300℃，同时在N2气体的保护条件下进行，其N2流量为30～70L/min，将搅拌均匀成浆状的石油焦经螺旋输送机输送至转炉，维持固化1～2h后，继续升温至800～900℃，在此温度条件下恒温1～2h；
(5)盐酸洗涤：将步骤(4)所得的活化料下料至容器中，加入纯水搅拌成炭浆，固液质量比为1：0.3～0.5，然后在超级洗涤设备下加入纯化水进行洗涤作业，固液质量比为1：3～5，过滤得到洗涤后的炭浆，回收K2CO3滤液；
(6)酸浸：将所得炭浆与15-20份的盐酸混合成炭含量为9％～13％的炭浆，再加入5份盐酸配成炭含量为2％～8％的炭浆，在80～95℃下加热反应1～3h，连续式抽滤反应罐下的滤液得到湿炭；
(7)烘干：在温度为220℃下干燥烘干，得活性炭，
(8)磨粉混合：烘干后的粗成品在气流粉碎机中磨至工业化使用要求，积累多批次所述粗产品在混合机中混合均匀，然后包装成产品。
作为改进，在步骤(1)中的原料包含果壳、木炭或石油焦，这些原料相较于其他原料更加优质。
作为改进，在步骤(2)中的N2和所述的原料的质量比是1:15～20，使得配比混合后更易提取出纯净的炭化材料。
作为改进，在步骤(3)中所述的配制KOH溶液中所用的KOH与炭化材料质量比例为1：3～4，使得混合更加均匀且得到更加纯净的炭浆。
作为改进，在步骤(4)中的捏合固化是指捏合、破碎、搅拌和固化成块。
作为改进，所述活性炭的比表面积为3828m2/g、总孔容积为2.581cm3/g、中孔率为49％。
本发明具有如下优点：该生产工艺简单、环境效益好、预活化时间短、减少能耗；一方面可以将果壳、木炭或石油焦回收利用，环保，另一方面可以制备出超级电容器，用作计算机系统和无限电通讯设备等的备用电源，使用效率极高，具有很好的经济性和适应性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种超级电容炭连续化生产工艺，其工艺流程包括原材料选配、炭化、预活化、活化、盐酸洗涤、酸浸、烘干、磨粉混合，所述生产工艺包括如下重量分数的原料：20份的KOH溶液，20份的盐酸和适量的纯水，具体包括以下步骤：
(1)原材料选配：将原料投送至粉碎机先进行初步粉碎，然后用振动筛筛选出粉末状原料；
(2)炭化：将粉末状原料放入管式炉中，向炉中通入N2，使其以20℃/min升温速率升温至400℃充分混合后，得到炭化材料；
(3)预活化：将炭化材料分成40份，其中20份炭化材料与20份的KOH溶液在300℃的反应罐内混合搅拌成浆状；
(4)活化：将预活化后的混合物充分捏合固化之后，将管式炉先升温至300℃，同时在N2气体的保护条件下进行，其N2流量为30L/min，将搅拌均匀成浆状的石油焦经螺旋输送机输送至转炉，维持固化1h后，继续升温至800℃，在此温度条件下恒温1h；
(5)盐酸洗涤：将步骤(4)所得的活化料下料至容器中，加入纯水搅拌成炭浆，固液质量比为1：0.3，然后在超级洗涤设备下加入纯化水进行洗涤作业，固液质量比为1：3，过滤得到洗涤后的炭浆，回收K2CO3滤液；
(6)酸浸：将所得炭浆与15份的盐酸混合成炭含量为9％的炭浆，再加入5份盐酸配成炭含量为2％的炭浆，在80℃下加热反应1h，连续式抽滤反应罐下的滤液得到湿炭；
(7)烘干：在温度为220℃下干燥烘干，得活性炭，
(8)磨粉混合：烘干后的粗成品在气流粉碎机中磨至工业化使用要求，积累多批次所述粗产品在混合机中混合均匀，然后包装成产品。
实施例2
一种超级电容炭连续化生产工艺，其工艺流程包括原材料选配、炭化、预活化、活化、盐酸洗涤、酸浸、烘干、磨粉混合，所述生产工艺包括如下重量分数的原料：25份的KOH溶液，23份的盐酸和适量的纯水，具体包括以下步骤：
(1)原材料选配：将原料投送至粉碎机先进行初步粉碎，然后用振动筛筛选出粉末状原料；
(2)炭化：将粉末状原料放入管式炉中，向炉中通入N2，使其以20℃/min升温速率升温至400℃充分混合后，得到炭化材料；
(3)预活化：将炭化材料分成40份，其中20份炭化材料与25份的KOH溶液在300～400℃的反应罐内混合搅拌成浆状；
(4)活化：将预活化后的混合物充分捏合固化之后，将管式炉先升温至300℃，同时在N2气体的保护条件下进行，其N2流量为50L/min，将搅拌均匀成浆状的石油焦经螺旋输送机输送至转炉，维持固化1.5h后，继续升温至850℃，在此温度条件下恒温1.5h；
(5)盐酸洗涤：将步骤(4)所得的活化料下料至容器中，加入纯水搅拌成炭浆，固液质量比为1：0.4，然后在超级洗涤设备下加入纯化水进行洗涤作业，固液质量比为1：4，过滤得到洗涤后的炭浆，回收K2CO3滤液；
(6)酸浸：将所得炭浆与18份的盐酸混合成炭含量为11％的炭浆，再加入5份盐酸配成炭含量为4.5％的炭浆，在83℃下加热反应1.5h，连续式抽滤反应罐下的滤液得到湿炭；
(7)烘干：在温度为220℃下干燥烘干，得活性炭，
(8)磨粉混合：烘干后的粗成品在气流粉碎机中磨至工业化使用要求，积累多批次所述粗产品在混合机中混合均匀，然后包装成产品。
实施例3
一种超级电容炭连续化生产工艺，其工艺流程包括原材料选配、炭化、预活化、活化、盐酸洗涤、酸浸、烘干、磨粉混合，所述生产工艺包括如下重量分数的原料：30份的KOH溶液，25份的盐酸和适量的纯水，具体包括以下步骤：
(1)原材料选配：将原料投送至粉碎机先进行初步粉碎，然后用振动筛筛选出粉末状原料；
(2)炭化：将粉末状原料放入管式炉中，向炉中通入N2，使其以20℃/min升温速率升温至400℃充分混合后，得到炭化材料；
(3)预活化：将炭化材料分成40份，其中20份炭化材料与30份的KOH溶液在400℃的反应罐内混合搅拌成浆状；
(4)活化：将预活化后的混合物充分捏合固化之后，将管式炉先升温至300℃，同时在N2气体的保护条件下进行，其N2流量为70L/min，将搅拌均匀成浆状的石油焦经螺旋输送机输送至转炉，维持固化2h后，继续升温至900℃，在此温度条件下恒温2h；
(5)盐酸洗涤：将步骤(4)所得的活化料下料至容器中，加入纯水搅拌成炭浆，固液质量比为1：0.5，然后在超级洗涤设备下加入纯化水进行洗涤作业，固液质量比为1：5，过滤得到洗涤后的炭浆，回收K2CO3滤液；
(6)酸浸：将所得炭浆与20份的盐酸混合成炭含量为13％的炭浆，再加入5份盐酸配成炭含量为8％的炭浆，在95℃下加热反应3h，连续式抽滤反应罐下的滤液得到湿炭；
(7)烘干：在温度为220℃下干燥烘干，得活性炭，
(8)磨粉混合：烘干后的粗成品在气流粉碎机中磨至工业化使用要求，积累多批次所述粗产品在混合机中混合均匀，然后包装成产品。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种超级电容炭连续化生产工艺，其特征在于，其工艺流程包括原材料选配、炭化、预活化、活化、盐酸洗涤、酸浸、烘干、磨粉混合，所述生产工艺包括如下重量分数的原料：20-30份的KOH溶液，20-25份的盐酸和适量的纯水，具体包括以下步骤：
(1)原材料选配：将原料投送至粉碎机先进行初步粉碎，然后用振动筛筛选出粉末状原料；
(2)炭化：将粉末状原料放入管式炉中，向炉中通入N2，使其以20℃/min升温速率升温至400℃充分混合后，得到炭化材料；
(3)预活化：将炭化材料分成40份，其中20份炭化材料与20-30份的KOH溶液在300～400℃的反应罐内混合搅拌成浆状；
(4)活化：将预活化后的混合物充分捏合固化之后，将管式炉先升温至300℃，同时在N2气体的保护条件下进行，其N2流量为30～70L/min，将搅拌均匀成浆状的石油焦经螺旋输送机输送至转炉，维持固化1～2h后，继续升温至800～900℃，在此温度条件下恒温1～2h；
(5)盐酸洗涤：将步骤(4)所得的活化料下料至容器中，加入纯水搅拌成炭浆，固液质量比为1：0.3～0.5，然后在超级洗涤设备下加入纯化水进行洗涤作业，固液质量比为1：3～5，过滤得到洗涤后的炭浆，回收K2CO3滤液；
(6)酸浸：将所得炭浆与15-20份的盐酸混合成炭含量为9％～13％的炭浆，再加入5份盐酸配成炭含量为2％～8％的炭浆，在80～95℃下加热反应1～3h，连续式抽滤反应罐下的滤液得到湿炭；
(7)烘干：在温度为220℃下干燥烘干，得活性炭，
(8)磨粉混合：烘干后的粗成品在气流粉碎机中磨至工业化使用要求，积累多批次所述粗产品在混合机中混合均匀，然后包装成产品。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容炭连续化生产工艺，其特征在于：在步骤(1)中的原料包含果壳、木炭或石油焦。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容炭连续化生产工艺，其特征在于：在步骤(2)中的N2和所述的原料的质量比是1:15～20。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容炭连续化生产工艺，其特征在于：在步骤(3)中所述的配制KOH溶液中所用的KOH与炭化材料质量比例为1：3～4。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容炭连续化生产工艺，其特征在于：在步骤(4)中的捏合固化是指捏合、破碎、搅拌和固化成块。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容炭连续化生产工艺，其特征在于：所述活性炭的比表面积为3828m2/g、总孔容积为2.581cm3/g、中孔率为49％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210302 |