CN112551527B - 一种超级电容器用活性炭的制备装置及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容器用活性炭的制备装置，包括设有原料混合装置、加热活化炉、洗涤装置、三效蒸发器、流量控制阀一、活化剂储存箱、水箱、流量控制阀二、原料输入管、耐高温密封阀一、高温加热装置、成品导出管、耐高温密封阀二和注水导管，所述洗涤装置内部下端设有滤网，所述洗涤装置同三效蒸发器之间通过设有溶剂导通管连通，所述溶剂导通管上设有密封阀，所述三效蒸发器外部一端固定设有牵引泵，所述牵引泵输入输出端均设有与其内部连通的牵引泵导管，所述牵引泵导管连接牵引泵的另一端分别同三效蒸发器和原料混合装置内部连通。本发明与现有技术相比的优点在于：活性炭效果好和节省资源不浪费。
Description
技术领域
本发明涉及超姐电容器用活性炭制备技术领域，具体是指一种超级电容器用活性炭的制备装置及其制作方法。
背景技术
近十年来，超级电容器发展成新型储能元件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、工作温度范围宽等特点，在电动汽车、航空航天和国防科技等方面具很大的应用前景。活性炭是一种具有丰富孔隙结构、巨大比表面积、吸附能力强的多孔碳质吸附材料。活性炭因原料来源丰富、成本低廉、制备工艺简单成为了超级电容器的首选电极材料。
目前，超级电容器电极材料主要以活性炭为主，针对应用于超级电容器内部的材料。现有的超级电容器用活性炭的制备装置为了节省步骤，通常采用物理的方法进行活性炭制造，这种方法制成的活性炭储倾和甲烷能力弱，比电容更低，使用与超级电容器内部效果较差，此外，现有的活性炭的制备装置在制备活性炭后残余的废料会被丢弃，但是这些废料仍旧能够再次利用，这样造成了很多的浪费。
一般采用KOH等活性剂方法制成活性炭，相较于其他方法此方法制成的材料储倾和甲烷能力更强，比电容更高，
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种活性炭效果好和节省资源不浪费的超级电容器用活性炭的制备装置及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种超级电容器用活性炭的制备装置，包括设有原料混合装置、加热活化炉、洗涤装置和三效蒸发器，所述原料混合装置上端两侧分别设有混合溶液装置和原料储存装置，所述混合溶液装置和原料储存装置同原料混合装置之间均通过设有导料管一连通，所述导料管一上设有流量控制阀一，所述混合溶液装置上端两侧分别设有活化剂储存箱和水箱，所述活化剂储存箱和水箱下端均通过设有导料管二同混合溶液装置内部连通，所述导料管二上设有流量控制阀二，所述原料混合装置同加热活化炉之间通过设有原料输入管连通，所述原料输入管上设有耐高温密封阀一，所述加热活化炉内部底面上两端均固定设有高温加热装置，所述加热活化炉底面插接设有成品导出管，所述成品导出管下端设有与其连通的物料输送装置，所述成品导出管上设有耐高温密封阀二，所述物料输送装置连接成品导出管的另一端同洗涤装置内部连通，所述洗涤装置顶面上一侧设有注水导管，所述洗涤装置内部下端设有滤网，所述洗涤装置同三效蒸发器之间通过设有溶剂导通管连通，所述溶剂导通管上设有密封阀，所述三效蒸发器外部一端固定设有牵引泵，所述牵引泵输入输出端均设有与其内部连通的牵引泵导管，所述牵引泵导管连接牵引泵的另一端分别同三效蒸发器和原料混合装置内部连通。
一种超级电容器用活性炭的制作方法，其制作方法包括以下步骤：
(1)打开流量控制阀二，分别将活化剂储存箱和水箱内部存放的KOH和H2O通过导料管二送入到混合溶液装置内部进行混合，控制两个流量控制阀二的流速相同，保证其配比为1:1；
(2)打开流量控制阀一，将配置完成的KOH溶液和原料储存装置的原材料石油焦粉都送入到原料混合装置内部，然后进行混合搅拌形成浆状，控制流量控制阀一的流速相同，让原料储存装置一侧的流量控制阀一的开启时间大于混合溶液装置一侧的3-4倍，保证最终混合时KOH溶液和石油焦粉比例为1:3-4；
(3)启动高温加热装置进行预热，将加热活化炉的温度保持在300℃左右，然后打开耐高温密封阀一，将完成混合的原料通过原料输入管送入到加热活化炉内部进行高温活化，然后利用氮气气体输入进行保护，将输入的原料利用300℃高温维持固化1-2h，然后控制高温加热装置将温度提高为800-900℃，在此温度下恒定1-2h即可完成活化；
(4)打开耐高温密封阀二，将活化完成后形成的活性炭材料通过成品导出管送入到物料输送装置内部，借助物料输送装置送入到洗涤装置内部，然后通过注水导管注入水冷却活性炭的同时将同其混合在一起的K2CO3进行溶解，实现水洗回收碱液的形成；
(5)打开密封阀，将碱液通过溶剂导通管送入到三效蒸发器内部，经过三效蒸发器的处理，最终形成40％-50％的K2CO3母液，然后启动牵引泵，借助牵引泵导管将K2CO3母液送入到原料混合装置内部，并且减小混合溶液装置的流量控制阀一的流速，保证K2CO3母液和KOH溶液配比为1:8即可，即可实现KOH的循环利用。
本发明与现有技术相比的优点在于：相较于现有技术，本发明利用KOH作为活性剂制备活性炭，相较于其他方法此方法制成的材料储倾和甲烷能力更强，比电容更高，制成的活性炭效果更好，更加适合作为超级电容器的电极板来使用，此外，本发明将制成活性炭残余的K2CO3母液，配合KOH溶液再次使用，能够节省大量的KOH溶液资源，避免了有用资源的浪费。
作为改进，所述原料混合装置、洗涤装置和混合溶液装置外部上端固定设有电机，所述电机下端转动端处固定设有转杆，所述转杆下端延伸至原料混合装置、洗涤装置和混合溶液装置内部，所述转杆下端两侧均固定设有若干上下均匀分布的搅拌杆，所述转杆和搅拌杆均为耐碱性腐蚀材料。转杆和搅拌杆能够加速原料的混合以及溶解速度，并且转杆和搅拌杆都是通过耐碱性俯视材料制成，能够抵抗KOH的碱性俯视，增强装置的使用寿命。
作为改进，所述活化剂储存箱和水箱顶面均插接设有储料导管。储料导管的作用是方便向活化剂储存箱和水箱顶面补充原料资源。
作为改进，所述活化剂储存箱和水箱外壁上均设有存量刻度线。存量刻度线方便观察活化剂储存箱和水箱内部的存量数量，并且能够根据减少量判断混合比例是否出现问题。
作为改进，所述加热活化炉外部一侧设有氮气储存瓶，所述氮气储存瓶外部上端设有与其内部连通的气泵，所述气泵上端输出端固定设有导气管，所述导气管连接气泵的另一端同加热活化炉内部连通。
作为改进，所述加热活化炉外部一侧设有冷凝器，所述冷凝器同加热活化炉之间通过设有废气导管连通，所述废气导管上设有耐高温废气阀。冷凝器能够降低活化后的高温废气的温度，让废气不会温度较高而损伤其他涉笔。
作为改进，所述冷凝器下端设有与其内部连通的废气处理装置，所述废气处理装置下端设有一内部连通的废气导管。废气处理装置的作用将准备的废气进行处理，能够达到国家规定的排放标准还再通过废气导管排出。
作为改进，通过气泵31将氮气储存瓶30内部存放的氮气通过30-70L/min的流量送入到加热活化炉2内部，对活化过程起到保护作用。氮气作为惰性气体能够在原材料活性化的同时起到保护的作用
附图说明
图1是本发明一种超级电容器用活性炭的制备装置的结构示意图。
如图所示：1、原料混合装置，2、加热活化炉，3、洗涤装置，4、三效蒸发器，5、混合溶液装置，6、原料储存装置，7、导料管一，8、流量控制阀一，9、活化剂储存箱，10、水箱，11、导料管二，12、流量控制阀二，13、原料输入管，14、耐高温密封阀一，15、高温加热装置，16、成品导出管，17、耐高温密封阀二，18、物料输送装置，19、注水导管，20、滤网，21、溶剂导通管，22、密封阀，23、牵引泵，24、牵引泵导管，25、电机，26、转杆，27、搅拌杆，28、储料导管，29、存量刻度线，30、氮气储存瓶，31、气泵，32导气管、，33、冷凝器，34、废气导管，35、耐高温废气阀，36、废气处理装置，36、废气导管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1，一种超级电容器用活性炭的制备装置，包括设有原料混合装置1、加热活化炉2、洗涤装置3和三效蒸发器4，所述原料混合装置1上端两侧分别设有混合溶液装置5和原料储存装置6，所述混合溶液装置5和原料储存装置6同原料混合装置1之间均通过设有导料管一7连通，所述导料管一7上设有流量控制阀一8，所述混合溶液装置5上端两侧分别设有活化剂储存箱9和水箱10，所述活化剂储存箱9和水箱10下端均通过设有导料管二11同混合溶液装置5内部连通，所述导料管二11上设有流量控制阀二12，所述原料混合装置1同加热活化炉2之间通过设有原料输入管13连通，所述原料输入管13上设有耐高温密封阀一14，所述加热活化炉2内部底面上两端均固定设有高温加热装置15，所述加热活化炉2底面插接设有成品导出管16，所述成品导出管16下端设有与其连通的物料输送装置18，所述成品导出管16上设有耐高温密封阀二17，所述物料输送装置18连接成品导出管16的另一端同洗涤装置3内部连通，所述洗涤装置3顶面上一侧设有注水导管19，所述洗涤装置3内部下端设有滤网20，所述洗涤装置3同三效蒸发器4之间通过设有溶剂导通管21连通，所述溶剂导通管21上设有密封阀22，所述三效蒸发器4外部一端固定设有牵引泵23，所述牵引泵23输入输出端均设有与其内部连通的牵引泵导管24，所述牵引泵导管24连接牵引泵23的另一端分别同三效蒸发器4和原料混合装置1内部连通。
一种超级电容器用活性炭的制作方法，其制作方法包括以下步骤：
(1)打开流量控制阀二12，分别将活化剂储存箱9和水箱10内部存放的KOH和H2O通过导料管二11送入到混合溶液装置5内部进行混合，控制两个流量控制阀二12的流速相同，保证其配比为1:1；
(2)打开流量控制阀一8，将配置完成的KOH溶液和原料储存装置6的原材料石油焦粉都送入到原料混合装置1内部，然后进行混合搅拌形成浆状，控制流量控制阀一8的流速相同，让原料储存装置6一侧的流量控制阀一8的开启时间大于混合溶液装置5一侧的3-4倍，保证最终混合时KOH溶液和石油焦粉比例为1:3-4；
(3)启动高温加热装置15进行预热，将加热活化炉2的温度保持在300℃左右，然后打开耐高温密封阀一14，将完成混合的原料通过原料输入管13送入到加热活化炉2内部进行高温活化，然后利用氮气气体输入进行保护，将输入的原料利用300℃高温维持固化1-2h，然后控制高温加热装置15将温度提高为800-900℃，在此温度下恒定1-2h即可完成活化；
(4)打开耐高温密封阀二17，将活化完成后形成的活性炭材料通过成品导出管16送入到物料输送装置18内部，借助物料输送装置18送入到洗涤装置3内部，然后通过注水导管19注入水冷却活性炭的同时将同其混合在一起的K2CO3进行溶解，实现水洗回收碱液的形成；
(5)打开密封阀22，将碱液通过溶剂导通管21送入到三效蒸发器4内部，经过三效蒸发器4的处理，最终形成40％-50％的K2CO3母液，然后启动牵引泵23，借助牵引泵导管24将K2CO3母液送入到原料混合装置1内部，并且减小混合溶液装置5的流量控制阀一8的流速，保证K2CO3母液和KOH溶液配比为1:8即可，即可实现KOH的循环利用。
所述活化剂储存箱9和水箱10顶面均插接设有储料导管28。
所述活化剂储存箱9和水箱10外壁上均设有存量刻度线29。
所述加热活化炉2外部一侧设有氮气储存瓶30，所述氮气储存瓶30外部上端设有与其内部连通的气泵31，所述气泵31上端输出端固定设有导气管32，所述导气管32连接气泵31的另一端同加热活化炉2内部连通。
所述加热活化炉2外部一侧设有冷凝器33，所述冷凝器33同加热活化炉2之间通过设有废气导管34连通，所述废气导管34上设有耐高温废气阀35。
所述冷凝器33下端设有与其内部连通的废气处理装置36，所述废气处理装置36下端设有一内部连通的废气导管37。
作通过气泵(31)将氮气储存瓶(30)内部存放的氮气通过30-70L/min的流量送入到加热活化炉(2)内部，对活化过程起到保护作用。
本发明的工作原理：KOH活化法是一种制备高比表面积活性炭的活化方法，其活化过程是将原料炭与数倍炭质量的KOH混合，在不超过500℃下脱水后于800℃左右煅烧若干时间，冷却后将产品洗涤至中性即可得到活性炭。反应机理是活化过程中被消耗的炭主要生成了碳酸钾，同时在800℃左右，被炭还原的金属钾(沸点762℃)析出，金属钾的蒸气不断进入碳原子所构成的层与层之间进行活化，这两个反应使产物具有很大的比表面积。以石油焦灰为主要原料所制得的活性炭比表面积可接近3000m2/g，比电容可超过200F/g，同时还可表现出非常优良的储氢和储甲烷能力，在77K和100kPa的情况下，储氢量可达到2.94％，压力提高至1MPa，储氢量可达4.82％，是最适合于超级电容器使用的电机材料。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：包括设有原料混合装置(1)、加热活化炉(2)、洗涤装置(3)和三效蒸发器(4)，所述原料混合装置(1)上端两侧分别设有混合溶液装置(5)和原料储存装置(6)，所述混合溶液装置(5)和原料储存装置(6)同原料混合装置(1)之间均通过设有导料管一(7)连通，所述导料管一(7)上设有流量控制阀一(8)，所述混合溶液装置(5)上端两侧分别设有活化剂储存箱(9)和水箱(10)，所述活化剂储存箱(9)和水箱(10)下端均通过设有导料管二(11)同混合溶液装置(5)内部连通，所述导料管二(11)上设有流量控制阀二(12)，所述原料混合装置(1)同加热活化炉(2)之间通过设有原料输入管(13)连通，所述原料输入管(13)上设有耐高温密封阀一(14)，所述加热活化炉(2)内部底面上两端均固定设有高温加热装置(15)，所述加热活化炉(2)底面插接设有成品导出管(16)，所述成品导出管(16)下端设有与其连通的物料输送装置(18)，所述成品导出管(16)上设有耐高温密封阀二(17)，所述物料输送装置(18)连接成品导出管(16)的另一端同洗涤装置(3)内部连通，所述洗涤装置(3)顶面上一侧设有注水导管(19)，所述洗涤装置(3)内部下端设有滤网(20)，所述洗涤装置(3)同三效蒸发器(4)之间通过设有溶剂导通管(21)连通，所述溶剂导通管(21)上设有密封阀(22)，所述三效蒸发器(4)外部一端固定设有牵引泵(23)，所述牵引泵(23)输入输出端均设有与其内部连通的牵引泵导管(24)，所述牵引泵导管(24)连接牵引泵(23)的另一端分别同三效蒸发器(4)和原料混合装置(1)内部连通。
2.权利要求1所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置的制作方法，其特征在于，其制作方法包括以下步骤：
(1)打开流量控制阀二(12)，分别将活化剂储存箱(9)和水箱(10)内部存放的KOH和H2O通过导料管二(11)送入到混合溶液装置(5)内部进行混合，控制两个流量控制阀二(12)的流速相同，保证其配比为1:1；
(2)打开流量控制阀一(8)，将配置完成的KOH溶液和原料储存装置(6)的原材料石油焦粉都送入到原料混合装置(1)内部，然后进行混合搅拌形成浆状，控制流量控制阀一(8)的流速相同，让原料储存装置(6)一侧的流量控制阀一(8)的开启时间大于混合溶液装置(5)一侧的3-4倍，保证最终混合时KOH溶液和石油焦粉比例为1:3-4；
(3)启动高温加热装置(15)进行预热，将加热活化炉(2)的温度保持在300℃左右，然后打开耐高温密封阀一(14)，将完成混合的原料通过原料输入管(13)送入到加热活化炉(2)内部进行高温活化，然后利用氮气气体输入进行保护，将输入的原料利用300℃高温维持固化1-2h，然后控制高温加热装置(15)将温度提高为800-900℃，在此温度下恒定1-2h即可完成活化；
(4)打开耐高温密封阀二(17)，将活化完成后形成的活性炭材料通过成品导出管(16)送入到物料输送装置(18)内部，借助物料输送装置(18)送入到洗涤装置(3)内部，然后通过注水导管(19)注入水冷却活性炭的同时将同其混合在一起的K2CO3进行溶解，实现水洗回收碱液的形成；
(5)打开密封阀(22)，将碱液通过溶剂导通管(21)送入到三效蒸发器(4)内部，经过三效蒸发器(4)的处理，最终形成40％-50％的K2CO3母液，然后启动牵引泵(23)，借助牵引泵导管(24)将K2CO3母液送入到原料混合装置(1)内部，并且减小混合溶液装置(5)的流量控制阀一(8)的流速，保证K2CO3母液和KOH溶液配比为1:8即可，即可实现KOH的循环利用。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：所述原料混合装置(1)、洗涤装置(3)和混合溶液装置(5)外部上端固定设有电机(25)，所述电机(25)下端转动端处固定设有转杆(26)，所述转杆(26)下端延伸至原料混合装置(1)、洗涤装置(3)和混合溶液装置(5)内部，所述转杆(26)下端两侧均固定设有若干上下均匀分布的搅拌杆(27)，所述转杆(26)和搅拌杆(27)均为耐碱性腐蚀材料。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：所述活化剂储存箱(9)和水箱(10)顶面均插接设有储料导管(28)。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：所述活化剂储存箱(9)和水箱(10)外壁上均设有存量刻度线(29)。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：所述加热活化炉(2)外部一侧设有氮气储存瓶(30)，所述氮气储存瓶(30)外部上端设有与其内部连通的气泵(31)，所述气泵(31)上端输出端固定设有导气管(32)，所述导气管(32)连接气泵(31)的另一端同加热活化炉(2)内部连通。
7.根据权利要求1所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：所述加热活化炉(2)外部一侧设有冷凝器(33)，所述冷凝器(33)同加热活化炉(2)之间通过设有废气导管(34)连通，所述废气导管(34)上设有耐高温废气阀(35)。
8.根据权利要求7所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：所述冷凝器(33)下端设有与其内部连通的废气处理装置(36)，所述废气处理装置(36)下端设有一内部连通的废气导管(37)。
9.根据权利要求6所述的一种超级电容器用活性炭的制备装置，其特征在于：通过气泵(31)将氮气储存瓶(30)内部存放的氮气通过30-70L/min的流量送入到加热活化炉(2)内部，对活化过程起到保护作用。
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