[发明专利]一种利用生物质制备活性碳的方法及其制备的活性炭的应用

说明书

本发明公开了一种利用生物质制备活性碳的方法及其制备的活性炭的应用。该方法是将生物质干燥粉碎，放入一定浓度的酸溶液中浸泡1‑2h，然后置于开放水热体系中，置于马弗炉中加热至180‑250℃，保温5‑8h反应得到碳前驱体，碳前驱体自然冷却后洗涤至中性，抽滤干燥后与一定比例的碱性活化剂粉末混合研磨，置于保护气氛下高温活化，自然冷却至室温后，洗涤至中性，干燥，即得。所得活性碳材料粒度均匀，比表面积大，制得的超级电容器具有高比容量和良好的循环稳定性。该方法利用农业废弃生物质原材料，通过简单快速的方法制备超级电容器用碳电极材料，变废为宝，充分利用资源，减少环境污染，经济效益好，有益于工业化生产。

技术领域：

本发明涉及活性炭材料的制备技术领域，特别涉及一种利用生物质材料制备活性碳的新方法，及其在超级电容器电极上的应用。

背景技术：

全球变暖和化石燃料的日益枯竭迫使人们大力发展可持续和可再生能源。目前，解决日趋短缺的能源问题，仍是人类面临的巨大挑战之一。在寻找清洁、高效和可再生能源的同时，能量存储也不容忽视。例如被认为是最具发展前景新能源的太阳能和风能，都受到诸如时间、地点、天气等因素的影响，不能稳定工作。因此，尤为需要储能系统对能量进行存储后再加以利用。近几年，超级电容器作为储能器件扮演越来越重要的角色，特别是随着信息技术、电子产品和车用能源等领域中新技术的迅速发展，人们更加关注超级电容器的研究与开发。

生物质，特别是农林废弃物和食品残留物，含有极高程度的纤维素、半纤维素和木质素，这些成分经过高温处理即可获得富碳材料。我国是农业大国，每年均会产生大量的农林废弃物，这些物质目前的清理方法主要为焚烧，不仅对环境造成严重的污染，还是对资源的极大浪费，因此，如何将生物质废弃物进行无害化处理并实现再利用，是现今科研界、工业界等普遍关注的重点课题。然而，由于生物质中仍含有多种杂质如金属等，目前市面上直接由生物质制备的碳电极材料具有成分不纯、性能较差等缺点，对以农林废弃物和食品残留物为主的生物质进行绿色高纯度碳化再利用与开发然后应用于能源储存领域，具有极大的经济价值和实用意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型的利用高纤维含量生物质在酸性环境作用下制备活性碳的方法，以及该方法制备得到的活性炭在制作超级电容器的电极材料上的应用。本发明提供的方法不仅可以使生物质废弃料资源得以有效利用，减缓生态环境压力，同时制得的活性碳具有较好的电化学性能，可以用作超级电容器的电极材料，有利于推动新能源领域的发展。

一种利用生物质制备活性碳的方法，利用生物质为原料在酸溶液作用下进行开放式的水热反应制备碳前驱体，碳前驱体与碱性活化剂粉末混合研磨，高温活化，即得。

作为进一步的优选，将干燥粉碎后的生物质与一定浓度的酸溶液混合，浸泡后，置于敞开的水热反应釜中，在180-250℃，保温5-8h反应得到碳前驱体。

作为进一步的优选，所述的生物质在鼓风烘箱中80℃下干燥24-48h。粉碎至30-50目。

作为进一步的优选，将干燥粉碎后的生物质与一定浓度的酸溶液按固液重量体积比为1g:15-30ml混合，所述的一定浓度的酸溶液为质量浓度为70-85％的磷酸或60-80％的浓硫酸，浸泡1-2h后，置于敞开的水热反应釜中，在180-250℃，保温5-8h反应得到碳前驱体。

作为进一步的优选，将干燥粉碎后的生物质与一定浓度的酸溶液混合，浸泡后置于敞开式的水热反应釜中，置于马弗炉中加热，保温反应得到碳前驱体。

作为进一步的优选，开放水热反应釜容积为50-300ml，反应时装液量为反应釜容积的60-70％。

作为进一步的优选，开放水热反应釜体系为耐高温聚四氟乙烯内胆，法兰式可活动钢套。