[发明专利]提高稻壳基电容炭体积比电容的方法

说明书

本发明公开了提高稻壳基电容炭体积比电容的方法，属于生物质能源化工领域，采用三种方法提高振实密度，提高体积比电容；具体涉及：(1)采用脱水固炭催化剂浸渍处理，控温热解增加固定炭含量；(2)热解炭水热脱硅后，模板炭利用浸渍沥青处理，填充气化带来的微孔隙，提高振实密度；(3)用电极沥青修饰改性电容炭表面，提高导电性和振实密度。与现有技术相比，本发明通过不同改性处理方法制备稻壳基电容炭，提高了电容炭的振实密度、体积比电容、循环稳定性及电容炭收率。

技术领域

本发明属于生物质能源化工领域，公开了一种提高稻壳基电容炭体积比电容的方法，具体涉及脱水固炭催化剂浸渍稻壳、浸渍沥青处理模板炭、电极沥青修饰改性电容炭提高稻壳炭体积比电容的方法。

背景技术

生物质材料具有来源广泛、环境友好等特点。近年来，利用生物质为原料制备电容炭得到了广泛的关注。稻壳是一种价格低廉、产量巨大的可再生生物质资源，以稻壳为原料制备的电容炭具有多级孔道的结构以及较大的比表面积，但是稻壳基电容炭作为超级电容器电极材料的主要问题是稻壳固定炭含量低，作为超级电容器的体积比电容小，在存储单位质量的电容时需要更大的体积，使其商业性较低，不利于实际应用。

为了提高稻壳基电容炭的体积比电容，本发明使用脱水固炭催化剂处理稻壳后热解，再用浸渍沥青对脱硅热解炭改性，活化后，再用电极沥青处理。沥青是一种固定炭含量较高且导电性较好的材料，利用沥青对脱硅热解炭和活性炭改性可以提高材料的振实密度，提高体积比电容，还增加了材料的导电性，从而提升电化学性能，如公告号为“CN107364863A”的中国专利文献，公开了改性稻壳基活性炭的制备方法，有效地提高了稻壳基活性炭作为电极材料的体积比电容与循环稳定性。脱水固炭催化剂在热解过程对稻壳催化脱水，控制温度增加稻壳在热解过程中脱水时间，减少气相和液相的生成，从而增大固相的含量，进而提升稻壳炭的收率，提升电容炭的体积比电容。

目前稻壳基电容炭存在的问题：

1、稻壳在热解过程中大量的碳以气态和液态流失，固定炭含量少；

2、稻壳电容炭的导电性较差，使得电解质离子运输困难；

3、振实密度低，影响体积比电容。

因此现有技术中需要一种新的技术方案解决这一问题。

发明内容

在稻壳热解过程中，挥发分逸出，形成大量微孔，热解炭的振实密度较低，经脱硅活化后，电容炭的振实密度更低，导致体积比电容低，同体积的电容器贮存能力小，这已经制约了稻壳炭(或生物质炭)在储能电池和超级电容器领域的应用，本发明的目的是提供提高稻壳炭体积比电容的方法，以稻壳为炭源，经过催化剂处理、炭化、沥青改性脱硅热解炭、沥青改性电容炭等步骤制备出改性稻壳基电容炭材料。所制备的材料是具有电化学稳定性好、体积比电容高的超级电容器电极材料特性，而且其成本低、污染小、环境友好，可大规模生产。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：提高稻壳基电容炭体积比电容的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、将稻壳筛分除杂，粉碎，得到稻壳粉，稻壳粉与催化剂溶液混合后进行浸渍处理，浸渍处理完毕后，降至室温进行抽滤，将滤饼置于80℃～100℃下烘干，得到预处理稻壳；

步骤二、将步骤一所制备的预处理稻壳置于管式炉中，先升温至200℃～300℃，热解0.5h，再升温至500℃～600℃在氮气保护下热解1h，降至室温，得到热解炭；

步骤三、按固液比1Kg：10L的比例将步骤二中得到的热解炭和浓度为5wt％的NaOH溶液加入到反应釜中，加热回流反应2h，降温，过滤分离，将滤饼洗至中性，烘干，得到脱硅热解炭；

步骤四、将步骤三得到的脱硅热解炭与浸渍沥青混合均匀，置于反应釜中，升温至150℃～250℃，在压力为0.1MPa～0.6MPa的条件下浸渍2h～5h，冷却后，得到沥青浸渍前驱体；