[发明专利]一种活性炭、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其涉及一种活性炭、其制备方法及应用。

背景技术

活性炭材料具有高化学稳定性、高比表面积等特性，能够作为催化剂载体、储能材料、气体吸附材料和有机污染物吸附材料。活性炭材料在化工、储能、催化等领域得到广泛应用。

其中，作为超级电容器电极材料的活性炭，需要具有良好的导电性，高的比表面积及合理的孔径分布的特性。

通常情况下，超级电容器用活性炭是通过物理或者化学的方法活化果壳、树脂或者煤等前驱体来获得活性炭材料。

这种活性炭方法制备的活性炭的形貌不规整，碳的结构多呈现无定型状态，比表面积一般在2000m²g^-1左右，在水系下的电容值一般在200Fg^-1，有机系下的电容值一般在100Fg^-1左右，倍率性能一般。

因此，发展新的活性炭制备工艺，能够实现对活性炭在形貌，表面结构等多个方面进行调控，具有重要的意义，现有技术还有待发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种活性炭、其制备方法及应用，旨在解决现有技术中活性炭制备方法制备的活性炭无法满足使用需求的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种活性炭制备方法，其中，包括：

通过乳液聚合法，合成前驱体，所述前驱体为聚苯胺和/或聚吡咯的聚合物小球；

在所述前驱体中加入磷酸进行掺杂；

对掺杂后的前驱体进行预碳化处理，获得预碳化小球；

活化所述预碳化小球。

所述的方法，其中，所述通过乳液聚合法，合成前驱体，具体包括：

在水溶剂中加入苯胺和吡咯的混合物；

加入表面活性剂，搅拌形成微乳液；

将所述微乳液置于冰浴装置中，逐滴滴加预定量的，过冷的0.5mol/L过硫酸铵溶液，在搅拌条件下，聚合预定的时间获得聚合物小球。

所述的方法，其中，所述在所述前驱体中加入磷酸进行掺杂，具体包括：

洗涤所述聚合物小球；

加入85%的磷酸进行掺杂并烘干。

所述的方法，其中，对掺杂后的前驱体进行预碳化处理，获得预碳化小球，具体包括：

在惰性气体保护下，对所述掺杂后的前驱体热处理0.5-4小时，热处理温度为250-650℃，加热升温速度为1-50℃/分钟。

所述的方法，其中，所述活化所述预碳化小球，具体包括：

将所述预碳化小球与氢氧化钾或者氢氧化钠按照预定的比例均匀混合；

在惰性气体保护下，加热处理；其中，加热处理的温度为700-1000℃，时间为0.5-4小时，加热升温速度为1-50℃/分钟；

将加热后的产物洗涤至中性并干燥。

所述的方法，其中，所述预定的比例为所述预碳化小球与氢氧化钾或者氢氧化钠的质量比为3:1至5:1之间。

一种应用如上所述的活性炭制备方法制备的活性炭，其中，所述活性炭由相互交联的石墨烯纳米片构成，为直径20-100纳米的活性炭球。

所述的活性炭，其中，所述活性炭球的比表面积为2000-4000m²/g；所述活性炭球的微孔孔径为0.5-2纳米，孔的体积为0.5-3.5cc/g。

所述的活性炭，其中，所述活性炭球的晶格中掺杂有氮和磷；氮的掺杂浓度为0.05%-8.5%，磷的掺杂浓度为0.05%-8.5%。

一种如上所述的活性炭球在超级电容器电极材料中的应用。

有益效果：本发明提供的活性炭、其制备方法及应用，通过这一方法的制备获得的活性炭球，本身由相互交联的石墨烯纳米片构成，比表面积可高达4000m²g^-1，具有合理的孔径分布。并且在水系下的比电容值可达到400Fg^-1，有机系下的电容值达到200Fg^-1，具有较好的使用性能。

附图说明

图1为本发明实施例的活性炭制备方法的方法流程图；

图2为本发明实施例的活性炭制备方法步骤100的方法流程图；

图3为本发明实施例的活性炭制备方法步骤400的方法流程图；

图4为本发明实施例1的活性炭球的电镜照片；

图5为本发明实施例1的活性炭球的比表面积和孔径分布情况；