CN113479881B - 一种提高电容炭的纯度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种提高电容炭的纯度的方法，涉及电容炭技术领域。主要采用的技术方案为：一种提高电容炭的纯度的方法，其包括如下步骤：室温下，将电容炭分散于去离子水中，得到混合液；采用两性离子交换树脂颗粒对所述混合液中的电容炭进行脱杂处理，脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，得到提纯后的电容炭；其中，所述两性离子交换树脂颗粒的离子型式为氢型和氢氧型。本发明主要用于采用两性离子交换树脂颗粒一步法同时实现对电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质的去除，大幅提高了电容炭的纯度，并且操作步骤简单、实验条件温和、成本低廉、环境友好，适合工业化使用。

Description

一种提高电容炭的纯度的方法

技术领域

本发明涉及一种电容炭技术领域，特别是涉及一种提高电容炭的纯度的方法。

背景技术

超级电容器作为一种高效、经济、安全可靠的电化学储能装置，其核心优势是具有超长的循环稳定性，因此，商业化超级电容器对其电极材料的纯度有很高的要求，GB/T37386-2019《超级电容器用活性炭》中对几种金属元素(铁、镍、钴、铜、钠、钾、铝)和阴离子(Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-)等杂质含量都给出了上限指标。

目前，常规超级电容器活性炭(即，电容炭)的制备方法中，大都采用酸洗加去离子水洗涤的方法来去除上述杂质(阳离子杂质和阴离子杂质)，以提高电极材料的纯度。

但是，这种方法很难有效去除电容炭复杂孔隙深处的杂质，甚至会在酸洗过程中引入酸中Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-等阴离子杂质，从而导致电容炭材料中金属元素或阴离子的含量高于国标上限，不符合商业化使用的要求。另外，采用水洗(即，用去离子水洗涤电容炭)的方式也会造成大量水资源的浪费，并增加成本及工序。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种提高电容炭的纯度的方法，主要目的在于能同时将电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质脱除，提高电容炭的纯度。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，其包括如下步骤：

配制混合液步骤：将电容炭分散于去离子水中，得到混合液；

脱杂处理步骤：采用两性离子交换树脂颗粒对所述混合液中的电容炭进行脱杂处理，脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，得到提纯后的电容炭；其中，所述两性离子交换树脂颗粒的离子型式为氢型和氢氧型。

优选的，在所述脱杂处理步骤中：采用静态的离子交换方式脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，具体包括：向所述混合液中加入所述两性离子交换树脂颗粒，充分混合处理设定时间后，采用滤网将所述两性离子交换树脂颗粒滤除，并对滤液进行抽滤处理；对抽滤处理后得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭。优选的，所述电容炭的粒径为≤0.1mm，所述两性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15-0.8mm、所述滤网的目数为20-100目。优选的，所述两性离子交换树脂颗粒包括强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒；其中，所述强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9)：1。优选的，所述强酸性离子交换树脂颗粒为氢型离子交换树脂颗粒、所述强碱性离子交换树脂颗粒为氢氧型离子交换树脂颗粒；进一步优选的，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为(0.5-1.5)：2，优选为1:2；优选的，所述两性离子交换树脂颗粒的质量与电容炭的质量比为(0.1-10):1。优选的，所述充分混合处理的方式选用搅拌处理；其中，所述设定时间为1-12h、所述搅拌处理的速度为60-180转/分钟。

优选的，在所述脱杂处理步骤中：采用动态的离子交换方式脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，具体包括：使所述混合液流经装有两性离子交换树脂颗粒的离子交换柱，进行离子交换处理，收集流出液；对所述流出液进行抽滤处理，并将抽滤处理后得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭。优选的，所述两性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15-0.8mm；优选的，所述两性离子交换树脂颗粒包括强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒；其中，所述强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9)：1；优选的，在所述两性离子交换树脂颗粒中：所有的强酸性离子交换树脂颗粒的粒径相同，所有的强碱性离子交换树脂颗粒的粒径相同。优选的，所述强酸性离子交换树脂颗粒为氢型离子交换树脂颗粒、所述强碱性离子交换树脂颗粒为氢氧型离子交换树脂颗粒；进一步优选的，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为(0.5-1.5)：2，优选为1:2。

优选的，所述配制混合液步骤在室温下进行；和/或在所述脱杂处理步骤中，采用两性离子交换树脂颗粒与电容炭的阳离子杂质和阴离子杂质进行离子交换的步骤在室温下进行。

优选的，在所述脱杂处理步骤之后，还包括：

再生处理步骤：对所述脱杂处理后的两性离子交换树脂颗粒进行再生处理；优选的，利用密度的差别将所述两性离子交换树脂分离成强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒，然后分别进行再生处理。

优选的，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过50mg/kg、优选不超过44.9mg/kg，进一步优选不超过43.5mg/kg；

Ni元素含量不超过50mg/kg、优选不超过2.1mg/kg，进一步优选不超过1.8mg/kg；

Co元素含量不超过20mg/kg、优选不超过0.7mg/kg，进一步优选不超过0.5mg/kg；

Cu元素含量不超过20mg/kg、优选不超过5.4mg/kg，进一步优选不超过4.9mg/kg；

Na元素含量不超过100mg/kg、优选不超过62.7mg/kg，进一步优选不超过56.1mg/kg；

K元素含量不超过200mg/kg、优选不超过64.4mg/kg，进一步优选不超过58.9mg/kg；

Al元素含量不超过200mg/kg、优选不超过98.3mg/kg，进一步优选不超过85.6mg/kg；

Cl^-含量不超过20mg/kg、优选不超过18mg/kg，进一步优选不超过16mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超过10mg/kg、优选不超过9mg/kg，进一步优选不超过8mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过10mg/kg、优选不超过8mg/kg，进一步优选不超过6mg/kg。

与现有技术相比，本发明的一种提高电容炭的纯度的方法至少具有下列有益效果：

本发明实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，室温下，将电容炭分散于去离子水中形成混合液，然后采用两性离子交换树脂颗粒(离子型式为氢型和氢氧型)来除去混合液中电容炭的阳离子杂质和阴离子杂质。上述设计不仅能同时除去多种阳离子杂质和多种阴离子杂质，还不会引入新的杂质，且具有提纯效果好、操作步骤简单、实验条件温和、成本低廉、环境友好等优点，适合工业化使用。

进一步地，本发明实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，可以采用静态的离子交换方式脱除电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，对于该种脱除方式，通过对两性离子交换树脂颗粒的粒径分布进行设计(即，将强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比设置为(0.85-0.9):1)，这样可以避免两性离子交换树脂颗粒与水搅拌时，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒两种树脂颗粒由于密度不同而分层，从而导致最终的电容炭纯度不均匀。

进一步地，本发明实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，可以采用动态的离子交换方式脱除电容炭中的阴离子杂质和阳离子杂质，对于该种脱除方式，其分离效率高，可连续化操作，应用范围较广。进一步地，对于该种脱除方式，通过将强酸性离子交换颗粒的粒径设置为0.15-0.8mm中的某一粒径值(即，所有的强酸性离子交换颗粒的粒径相同)、将强碱性离子交换颗粒的粒径设置为0.15-0.8mm之间的另一粒径值(即，所有的强碱性离子交换颗粒的粒径相同)、且将强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒两种树脂颗粒的粒径比设置为(0.85-0.9):1，使得强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒两种树脂颗粒的粒径分别均一，这样不仅能使得到的电容炭为中性，而且使得流速得到提高，使交换体系快速达到压差及纯度的平衡点，可用于较大的处理流量。

另外，本发明实施例提供的提高电容炭的方法在对电容炭进行提纯后，无需进行水洗操作，直接将抽滤处理得到滤饼进行干燥就可以得到pH为中性的电容炭，从而避免了水资源的浪费，进一步减少了工序及成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是以氯离子和钠离子为例说明采用两性离子交换树脂颗粒除去电容炭上的阴离子杂质和阳离子杂质的原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

关于电容炭的提纯的相关技术：传统技术主要是采用酸洗加水洗的方式来除去电容炭里的杂质。最新相关的技术提出一种利用强酸性阳离子交换树脂来除去电容炭金属离子的方法，具体地，将电容炭加入反应釜、并在反应釜中加盐酸(盐酸浓度为3-10％)，搅拌并加热进行酸处理(由室温加热到105℃)，然后再向其中投入强酸性阳离子交换树脂，搅拌，使与电解液充分交换，之后对滤饼进行水洗至pH为6-7。但是，本发明的发明人认为该最新相关技术至少存在如下问题：(1)由于进行了盐酸处理，会引入阴离子杂质(Cl^-),从而会影响电容炭的纯度；(2)除杂工艺繁琐，反应条件苛刻(105℃、强酸)，对设备性能要求高(耐高温、耐强酸)，成本高；(4)该方法需要水洗步骤，造成水资源的浪费，并会产生大量废水，对环境不友好。

目前，现有相关技术还没有提出一种工艺简单、能同时去除阳离子杂质和阴离子杂质，且提纯效果好、绿色环保的电容炭提纯工艺。

基于现有技术存在的缺陷，本发明开发一种高效易行、成本低廉的提高电容炭的纯度的方法，来同时去除电容炭中阳离子(金属阳离子：铁、镍、钴、铜、钠、钾、铝)和阴离子(Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-)等杂质的方法，使杂质的含量降低至满足国标规定和商业化使用的需求。本发明的方法包括但不限于上述几种杂质离子，对H⁺之外的阳离子或者OH^-之外的阴离子杂质的脱除均具有适用性。

本发明的具体方案如下：本发明实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，主要包括如下步骤：

配制混合液步骤：室温下，将电容炭分散于去离子水中，得到混合液。

该步骤具体为：将电容炭与去离子水混合，搅拌形成分散均匀的混合液。

在该步骤中，对于电容炭和去离子水的质量不做具体要求，能形成混合溶液即可。

脱杂处理步骤：采用两性离子交换树脂颗粒对混合液中的电容炭进行脱杂处理，以脱除电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，得到提纯后的电容炭；其中，两性离子交换树脂颗粒的离子型式为氢型和氢氧型。

在该步骤中，两性离子交换树脂颗粒包括强酸性离子交换树脂颗粒(氢型)和强碱性离子交换树脂颗粒(氢氧型)。在此需要说明的是：强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的用量关系是根据阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的交换容量来决定的，交换容量是指单位质量或单位体积的离子交换树脂所带功能基团中可交换的离子数量，用量是交换容量的反比例，交换容量越大，所用质量越少。优选的，本发明中，采用的强酸性离子交换树脂(即，氢型强酸性离子交换树脂)的交换容量大概是强碱性离子交换树脂(即，氢氧型强碱性离子交换树脂)的两倍，所以，强酸性离子交换树脂和强碱性离子交换树脂的质量比是(0.5-1.5)：2，优选为1:2。

在该步骤中，可以采用以下两种方案来实现，具体如下：

第一种方案是：采用静态的离子交换方式脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，具体为：向混合液中加入两性离子交换树脂颗粒，充分混合处理设定时间(即，利用振荡、搅拌等方式令其充分接触，达到平衡)，采用滤网将两性离子交换树脂颗粒滤除，并对滤液进行抽滤处理；对抽滤处理后得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭，且提纯后的电容炭的pH值为中性。

上述技术方案中，电容炭的粒径范围为≤0.1mm，相应的，两性离子交换树脂颗粒的粒径范围为0.15-0.8mm，滤网的目数为20-100目。在此，两性离子交换树脂颗粒的粒径大于电容炭的粒径，利用粒径差，通过滤网将两性离子交换树脂颗粒的和电容炭分开。

优选的，两性离子交换树脂颗粒的粒径分布经过特殊设计，以避免两性离子交换树脂颗粒与去离子水搅拌时，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒两种树脂颗粒由于密度不同而分层，影响脱除效果；具体地，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9):1。

优选的，两性离子交换树脂颗粒与电容炭的质量比为(0.1-10):1。通过这样设置，既能满足杂质脱除效果的要求，又不会造成树脂的过量使用，造成浪费。

优选的，所述充分混合处理的方式选用搅拌处理；其中，所述设定时间为1-12h、所述搅拌处理的速度为60-180转/分钟。在此需要说明的是：若搅拌速度小于60转/分钟，速度过慢，会造成树脂颗粒分层，导致阴阳离子交换不同步(一部分电容炭只脱除了阴离子杂质，一部分电容炭只脱除了阳离子杂质)，最终使得电容炭杂质脱除不彻底，纯度不达标；搅拌速度大于180转/分钟，会造成树脂颗粒的破碎，导致交换效果差，并且造成树脂碎片与电容炭无法分离。

第二种方案是：采用动态的离子交换方式脱除电容炭中的阴离子杂质和阳离子杂质。动态交换方式是指混合液与两性离子交换树脂发生相对移动的分离方式；此离子交换方式的分离效率高，可连续化操作，应用范围较广。具体如下：

使混合液流经装有两性离子交换树脂颗粒的离子交换柱，进行离子交换处理，收集流出液；对流出液进行抽滤处理，并将抽滤处理得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭(提纯后的电容炭的pH值为中性)。具体地，将粒径分布经过特殊设计的两性离子交换树脂颗粒装入离子交换柱中，轻敲柱子使树脂装实并排除气泡。将混合液缓慢注入柱内，从上到下流经离子交换柱进行离子交换。

在此，粒径分布特殊设计指的是：所述两性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15-0.8mm；所述强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9)：1；在所述两性离子交换树脂颗粒中：所有的强酸性离子交换树脂颗粒的粒径相同，所有的强碱性离子交换树脂颗粒的粒径相同。

也就是说：将强酸性离子交换树脂颗粒的粒径选取0.15-0.8mm中的某一粒径值，并根据强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9):1，选取另一粒径值的强碱性离子交换树脂颗粒，同时强碱性离子交换树脂颗粒的粒径也在0.15-0.8mm之间。

在此，通过上述提出的粒径分布特殊设计，使得强酸性离子交换树脂颗粒粒径、强碱性离子交换树脂颗粒粒径分别均一，可使交换体系快速达到压差及纯度的平衡点，有利于缩短分离时间，可用于较大的处理流量。

另外，关于上述两种方案中，对于粒径比的设置，是本发明的发明人基于如下发现及原理而提出的：上粒径比取决于强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的密度比。强酸性离子交换树脂颗粒为H型，强碱性离子交换树脂颗粒为OH型，此时强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒因正负电荷的作用力而抱团在一起，形成无数级复床(也即阳+阴+阳+阴+阳+阴+……)。混合液通过混床树脂后经过无数级的交换过滤后，获得高纯度的中性电容炭水溶液。强酸性离子交换树脂颗粒的H⁺与混合液中的阳离子发生置换反应，强碱性离子交换树脂颗粒的OH^-与混合液中的硫酸根离子、氯离子等阴离子发生置换反应，强酸性离子交换树脂颗粒置换出的H⁺与强碱性离子交换树脂颗粒置换出的OH^-离子结合形成H₂O。若混合树脂分层，则上述提及的无数级的复床也即不存在，比重较轻的强碱性离子交换树脂颗粒会在上层，比重较大的强酸性离子交换树脂颗粒会往下沉，这个时候由于离子交换的不同步，会导致两性离子交换树脂颗粒的出水酸碱度不合格，最终导致电容炭的pH不合格。

再生处理步骤：将上述两性离子交换树脂颗粒利用密度的差别分离成强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒，然后分别进行再生。

本发明的上述方案是采用两性离子交换树脂将电容炭中的金属元素杂质(主要包括铁、镍、钴、铜、钠、钾、铝)以及阴离子杂质(主要包括Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-)简单高效地脱除，从而制得符合国标要求、满足商业化使用的高纯度电容炭。所用的树脂为两性离子交换树脂，离子型式为H⁺型/OH^-型。

图1是以钠离子和氯离子为例说明采用两性离子交换树脂颗粒除去电容炭上的阳离子杂质和阴离子杂质的原理图。如图1所示，脱除原理为：两性离子交换树脂颗粒中的强酸性离子交换树脂(含有磺酸基、羧基、苯酚基等酸性基团，在水中易生成H⁺)上的H⁺与金属阳离子杂质进行离子交换，使电容炭的阳离子杂质被转移到强酸性离子交换树脂上，而强酸性离子交换树脂上的H⁺交换到水中。强碱性离子交换树脂(含有季胺基、胺基、亚胺基等碱性基团，在水中易生成OH^-)上的OH^-可与阴离子杂质进行离子交换，使电容炭的阴离子杂质被转移到强碱性离子交换树脂上，而强碱性离子交换树脂上的OH^-交换到水中；交换下来的H⁺与OH^-相结合生成H₂O，而阳离子杂质和阴离子杂质都被交换至两性离子交换树脂上。然后采用过筛的方式将两性离子交换树脂颗粒从体系中去除，从而达到脱除杂质的目的。

在此，上述脱除反应可在室温、任意pH下进行，同时不需要额外添加任何试剂，产物也只有H₂O，所以该方法具有条件温和、环境友好、高效价廉的优点，可满足工业化使用的需求。

下面通过具体实施例进一步对本发明说明如下：

为了能对比体现出本发明实施例方案的提纯效果，以下实施例及对比例均是对同一电容炭的多个平行样品进行提纯(本发明实施例的方案对所有类型的电容炭提纯均适用)。

其中，电容炭的粒径为≤0.1mm。以下实施例及比较例所采用的两性离子交换树脂颗粒中的强酸性离子交换树脂颗粒为氢型强酸性离子交换树脂颗粒、强碱性离子交换树脂颗粒为氢氧型强碱性离子交换树脂颗粒。

实施例1

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，主要包括如下步骤：

配制混合液步骤：室温下，将10g电容炭样品与100mL去离子水置于烧杯中，搅拌形成分散均匀的混合液。

脱杂处理步骤：将10g两性离子交换树脂颗粒加入到混合液中，继续搅拌3h(其中，搅拌速率为100转/分钟)，然后，用滤网将两性离子交换树脂颗粒滤除后，对滤液进行抽滤处理，将得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭。其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

其中，在该步骤中，强酸性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15mm，强碱性离子交换树脂颗粒的粒径为0.18mm，(其中，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为0.85:1)。强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为1:2；所用的滤网的目数为100目。

再生处理步骤：将滤除的两性离子交换树脂颗粒利用密度的差别分离成强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒，然后分别进行再生。

实施例2

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，本实施例与实施例1的主要区别在于：脱杂处理步骤中所选用的两性离子交换树脂颗粒中的强酸性离子交换树脂颗粒的粒径为0.4mm、强碱性离子树脂颗粒的粒径为0.44mm(其中，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为0.9:1)。

其他步骤及参数完全一致。

其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

实施例3

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，本实施例与实施例1的主要区别在于：脱杂处理步骤中是将1g两性离子交换树脂颗粒加入到步骤1)中的混合液中，搅拌12h。其他步骤及参数完全一致。

其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

实施例4

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，本实施例与实施例1的主要区别在于：脱杂处理步骤中是将100g两性离子交换树脂颗粒加入到步骤1)中的混合液中，搅拌1h。其他步骤及参数完全一致。

其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

实施例5

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，主要包括如下步骤：

配制混合液步骤：室温下，将10g电容炭样品与100mL去离子水置于烧杯中，搅拌形成分散均匀的混合液。

脱杂处理步骤：在室温下，将10g两性离子交换树脂颗粒(其中，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为1:2；强酸性离子交换树脂颗粒的粒径为0.5mm、强碱性离子交换树脂颗粒的粒径为0.56mm；即，强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为0.89:1)装入离子交换柱中，轻敲柱子使两性离子交换树脂颗粒装实并排除气泡。

将所述混合液缓慢注入离子交换柱内，从上到下流经离子交换柱与两性离子交换树脂颗粒进行离子交换，收集流出液，并进行抽滤处理，将抽滤处理得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭。其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

在此，混合液流经离子交换柱的时间为5h。

再生处理步骤：将两性离子交换树脂颗粒利用密度的差别分离成强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒，然后分别进行再生。

实施例6

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，本实施例与实施例5的区别在于：本实施例所用两性离子交换树脂颗粒中：强酸性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15毫米，强碱性离子交换树脂颗粒的粒径为0.17毫米；其中，强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为0.88:1。其中，混合液流经离子交换柱的时间为12h。

其他步骤及参数完全一致。

其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

实施例7

本实施例提供一种提高电容炭的纯度的方法，本实施例与实施例5的区别在于：本实施例所用两性离子交换树脂颗粒中：强酸性离子交换树脂颗粒的粒径为0.68毫米、强碱性离子交换树脂颗粒的粒径为0.8毫米；其中，强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为0.85:1。其中，混合液流经离子交换柱的时间为1h。

其他步骤及参数完全一致。

其中，本实施例提纯后得到的电容炭的pH值为中性。

对比例1

对比例1是实施例1的对照实验，具体步骤如下：

在室温下，将10g电容炭样品与100mL去离子水置于烧杯中，搅拌形成分散均匀的混合液，继续搅拌3h后对混合液进行抽滤(其中，搅拌速率为100转/分钟)，将滤饼烘干，得到未经两性离子交换树脂处理的对比样。

对比例2

对比例2提供一种提高电容炭的纯度的方法，对比例2与实施例1的主要区别在于：

脱杂处理步骤中所选用的两性离子交换树脂颗粒中的强酸性离子树脂颗粒的粒径为0.15mm、强碱性离子树脂颗粒的粒径为0.15mm(其中，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为1:1)。

搅拌3h后，两性离子交换树脂颗粒呈现明显分层现象(强酸性离子交换树脂颗粒下沉，强碱性离子交换树脂颗粒上浮)，导致阴阳离子交换不充分，使得提纯后得到的电容炭的纯度不均匀、pH不合格。

其他步骤及参数完全一致。

对比例3

对比例3提供一种提高电容炭的纯度的方法，对比例3与实施例1的主要区别在于：

脱杂处理步骤中所选用的两性离子交换树脂颗粒中的强酸性离子树脂颗粒的粒径为0.15mm、强碱性离子树脂颗粒的粒径为0.21mm(其中，强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比约为0.7:1)。

搅拌3h后，两性离子交换树脂颗粒呈现明显分层现象(强酸性离子交换树脂颗粒上浮，强碱性离子交换树脂颗粒下沉)，导致阴阳离子交换不充分，使得提纯后的电容炭的纯度不均匀、pH不合格。

其他步骤及参数完全一致。

对比例4

对比例4提供一种提高电容炭的纯度的方法，对比例4与实施例5的区别在于：

对比例4所用两性离子交换树脂颗粒中，所有的强酸性离子交换树脂颗粒之间的粒径并不相同，具体为在0.15-0.8mm之间的多个粒径值；强碱性离子交换树脂颗粒之间的粒径并不相同，具体为在0.15-0.8mm之间分布的多个粒径值，其中，混合液流经离子交换柱的时间为23h。其他步骤及参数完全一致。

对实施例1-实施例7、对比例1得到的提纯后的电容炭的杂质及其含量进行测试，结果如表1所示。

表1为提纯后电容炭的杂质含量

从以上实施例1-7、对比例1-4以及表1的数据可以看出：

(1)本发明实施例提出的采用两性离子交换树脂颗粒同时除去电容炭上的阳离子杂质和阴离子杂质方案具有以下优点：提纯效果显著、操作步骤简单、实验条件温和、成本低廉、环境友好，适合工业化使用。

(2)采用静态的离子交换方式脱除电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质时，将强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比设置为(0.85-0.9):1，可以进一步提高对电容炭的提纯效果。

(3)采用动态的离子交换方式脱除电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质时，使所有的强酸性离子交换树脂颗粒的粒径相同，且为0.15-0.8mm之间的某一粒径值，使所有的强碱性离子交换树脂颗粒的粒径相同，且为0.15-0.8mm之间的另一粒径值，且使强酸性离子交换树脂颗粒与强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9):1；上述设置不仅使得离子动态方式的提纯效果好，而且还使得出水速率得到提高，使交换体系快速达到压差及纯度的平衡点，可用于较大的处理流量。

另外，对上述实施例、对比例提纯后的电容炭进行电化学性能测试，测试结果表明：本发明上述实施例提纯后的电容炭具有优异的循环稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

配制混合液步骤：将电容炭分散于去离子水中，得到混合液；

脱杂处理步骤：采用两性离子交换树脂颗粒对所述混合液中的电容炭进行脱杂处理，脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，得到提纯后的电容炭；其中，所述两性离子交换树脂颗粒的离子型式为氢型和氢氧型；

其中，在所述脱杂处理步骤中：采用静态的离子交换方式脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，具体包括：向所述混合液中加入所述两性离子交换树脂颗粒，充分混合处理设定时间后，采用滤网将所述两性离子交换树脂颗粒滤除，并对滤液进行抽滤处理；对抽滤处理后得到的滤饼直接进行干燥，得到提纯后的电容炭；

所述两性离子交换树脂颗粒包括强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒；其中，所述强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9)：1；其中，所述强酸性离子交换树脂颗粒为氢型离子交换树脂颗粒、所述强碱性离子交换树脂颗粒为氢氧型离子交换树脂颗粒；

所述电容炭的粒径为≤0.1mm；所述两性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15-0.8mm；强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为(0.5-1.5)：2；所述两性离子交换树脂颗粒的质量与电容炭的质量比为(0.1-10):1。

2.根据权利要求1所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，所述滤网的目数为20-100目。

3.根据权利要求1所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，

强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为1:2。

4.根据权利要求1所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，所述充分混合处理的方式选用搅拌处理；其中，所述设定时间为1-12h、所述搅拌处理的速度为60-180转/分钟。

5.根据权利要求1所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，所述配制混合液步骤在室温下进行；和/或

在所述脱杂处理步骤中，采用两性离子交换树脂颗粒与电容炭的阳离子杂质和阴离子杂质进行离子交换的步骤在室温下进行。

6.根据权利要求1所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述脱杂处理的步骤之后，还包括：

再生处理步骤：对所述脱杂处理后的两性离子交换树脂颗粒进行再生处理。

7.根据权利要求6所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，

利用密度的差别将所述两性离子交换树脂分离成强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒，然后分别进行再生处理。

8.根据权利要求1-7任一项所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过50mg/kg；

Ni元素含量不超过50mg/kg；

Co元素含量不超过20mg/kg；

Cu元素含量不超过20mg/kg；

Na元素含量不超过100mg/kg；

K元素含量不超过200mg/kg；

Al元素含量不超过200mg/kg；

Cl^-含量不超过20mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超过10mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过10mg/kg。

9.根据权利要求8所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过44.9mg/kg；

Ni元素含量不超过2.1mg/kg；

Co元素含量不超过0.7mg/kg；

Cu元素含量不超过5.4mg/kg；

Na元素含量不超过62.7mg/kg；

K元素含量不超过64.4mg/kg；

Al元素含量不超过98.3mg/kg；

Cl^-含量不超过18mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超9mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过8mg/kg。

10.根据权利要求9所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过43.5mg/kg；

Ni元素含量不超过1.8mg/kg；

Co元素含量不超过0.5mg/kg；

Cu元素含量不超过4.9mg/kg；

Na元素含量不超过56.1mg/kg；

K元素含量不超过58.9mg/kg；

Al元素含量不超过85.6mg/kg；

Cl^-含量不超过16mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超过8mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过6mg/kg。

11.一种提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

配制混合液步骤：将电容炭分散于去离子水中，得到混合液；

脱杂处理步骤：采用两性离子交换树脂颗粒对所述混合液中的电容炭进行脱杂处理，脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，得到提纯后的电容炭；其中，所述两性离子交换树脂颗粒的离子型式为氢型和氢氧型；

其中，在所述脱杂处理步骤中：采用动态的离子交换方式脱除所述电容炭中的阳离子杂质和阴离子杂质，具体包括：使所述混合液流经装有两性离子交换树脂颗粒的离子交换柱，进行离子交换处理，收集流出液；对所述流出液进行抽滤处理，将抽滤处理后得到的滤饼直接进行干燥，即得到提纯后的电容炭；

所述两性离子交换树脂颗粒的粒径为0.15-0.8mm；所述两性离子交换树脂颗粒包括强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒；其中，所述强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的粒径比为(0.85-0.9)：1；所述强酸性离子交换树脂颗粒为氢型离子交换树脂颗粒、所述强碱性离子交换树脂颗粒为氢氧型离子交换树脂颗粒；

在所述两性离子交换树脂颗粒中：所有的强酸性离子交换树脂颗粒的粒径相同，所有的强碱性离子交换树脂颗粒的粒径相同；

强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为(0.5-1.5)：2。

12.根据权利要求11所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，

强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒的质量比为1:2。

13.根据权利要求11所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，所述配制混合液步骤在室温下进行；和/或

在所述脱杂处理步骤中，采用两性离子交换树脂颗粒与电容炭的阳离子杂质和阴离子杂质进行离子交换的步骤在室温下进行。

14.根据权利要求11所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述脱杂处理的步骤之后，还包括：

再生处理步骤：对所述脱杂处理后的两性离子交换树脂颗粒进行再生处理。

15.根据权利要求14所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，

利用密度的差别将所述两性离子交换树脂分离成强酸性离子交换树脂颗粒和强碱性离子交换树脂颗粒，然后分别进行再生处理。

16.根据权利要求11-15任一项所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过50mg/kg；

Ni元素含量不超过50mg/kg；

Co元素含量不超过20mg/kg；

Cu元素含量不超过20mg/kg；

Na元素含量不超过100mg/kg；

K元素含量不超过200mg/kg；

Al元素含量不超过200mg/kg；

Cl^-含量不超过20mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超过10mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过10mg/kg。

17.根据权利要求16所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过44.9mg/kg；

Ni元素含量不超过2.1mg/kg；

Co元素含量不超过0.7mg/kg；

Cu元素含量不超过5.4mg/kg；

Na元素含量不超过62.7mg/kg；

K元素含量不超过64.4mg/kg；

Al元素含量不超过98.3mg/kg；

Cl^-含量不超过18mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超过9mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过8mg/kg。

18.根据权利要求17所述的提高电容炭的纯度的方法，其特征在于，在所述提纯后的电容炭中：

Fe元素含量不超过43.5mg/kg；

Ni元素含量不超过1.8mg/kg；

Co元素含量不超过0.5mg/kg；

Cu元素含量不超过4.9mg/kg；

Na元素含量不超过56.1mg/kg；

K元素含量不超过58.9mg/kg；

Al元素含量不超过85.6mg/kg；

Cl^-含量不超过16mg/kg；

SO₄ ^2-含量不超过8mg/kg；

NO₃ ^-含量不超过6mg/kg。

Images