[发明专利]一种高纯活性炭的快速纯化工艺

说明书

本发明公开了一种高纯活性炭的快速纯化工艺，涉及活性炭纯化领域，特别是一种超级电容用活性炭的纯化方法，包括以下步骤：将活化料与纯化剂加入反应釜，施加电场，在一定转速下搅拌一定时间；然后在超声辅助下，通过滤网进行固液分离，最终经干燥得到高纯活性炭。本发明通过施加外电场，使金属离子在电场作用下快速从活性炭孔内部迁移至溶液中，进而通过超声辅助的固液分离手段将液体与活性炭分离，从而实现高纯活性炭的低成本快速制备。

技术领域

本发明属于活性炭纯化技术领域，具体涉及的是一种高纯活性炭的快速纯化工艺。

背景技术

超级电容器是近几年发展起来的一种性能介于传统电容器与电池之间的新型储能器件，能提供比传统电容器高百倍的能量密度，比电池高十倍的功率密度。具有充放电快、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点，应用市场前景十分广阔，对接城市轨道交通、光伏/风力发电、高铁和地铁的能量回收系统、激光武器等领域。

活性炭作为超级电容器的关键电极材料，直接决定其性能。其纯度对电容器的稳定性影响很大。当电容器充电后，开路放置一段时间，会发生一定程度的自放电，主要和电解液和电极材料中的杂质有关。活性炭中的金属离子（Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+等）在充电时发生氧化还原反应，产生漏电流导致电容器电压下降。同时，上述离子还会影响电容器的循环稳定性，导致其寿命下降。因此，提高活性炭的纯度对电容器的性能提升具有重要意义。

目前，已有专利提出了活性炭的洗涤方法，例如李开喜（专利公开号：CN101475168B）等将活化物与水按重量比1：5-10配成浆液后，使活化物与水在水洗塔内逆向接触进行活化物的洗涤。采用该方法得到的活性炭纯度不高，金属离子和灰分含量高。朱何俊（专利公开号：CN109422266A）等将酸溶液和活性炭加入酸洗釜中，注入新鲜去离子水反复洗涤操作；当pH值达到7时，认为洗涤合格。杜丕一(专利公开号：CN109592681 A)等将活性炭在搅拌型打磨机中进行弱打磨0 .5～1h，将表层剥离下的含杂质粉料与剥离后活性炭物料进行筛分、水洗去除，然后活性炭在酸洗液中进行酸洗3～5h，之后再用蒸馏水进行洗涤。虽然这两种方法都采用了酸洗的方式，但由于活性炭拥有发达的孔隙，具有极强的吸附作用，洗涤的纯度和效率较低。陈再华（专利公开号：CN101723359A）等将活化后的活性炭，以超声波和微波辐射作为促进溶解的手段，结合热水热酸的反复浸渍、洗涤。虽然加超声和微波会提高洗涤的纯度，但该方法会破坏活性炭的孔结构。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高纯活性炭的快速纯化工艺。

本发明的设计构思为：本发明依据活性炭具有疏松多孔、比表面积大的结构特点，使得活性炭具有很强的吸附性。所以在固液分离过程中，施加电场和超声的方法进行金属杂质的脱除方法，通过施加电场能够使吸附在活性炭孔隙和表面的金属离子高效的溶解到溶液中，同时施加超声能够使活性炭与溶液快速分离，将活性炭吸附的金属离子快速高效脱除。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种高纯活性炭的快速纯化工艺，包括以下步骤：

S1、将活性炭、纯化剂和去离子水按比例加入反应釜中，形成混合溶液，其中活化料、纯化剂和去离子水的质量比为1:0.1-0.5:5~100；

S2、在反应釜中施加电场，并在100-1000rpm的转速下搅拌0.5-12h；

S3、向反应釜中填充氮气直至反应釜中的压力为0.1-0.6MPa，经步骤S2混合均匀的混合溶液在氮气加压条件下进行固液分离，将固体物料和纯化剂溶液通过500-3000目滤网过滤5-30min，过滤时在滤网上施加50-1000W的超声波，获得第一固体过滤物料；

S4、将步骤S3获得的第一固体过滤物料与去离子水按比例再次加入反应釜中，在100-1000rpm转速下搅拌0.5-12h，获得活性炭浆料，其中第一固体过滤物料和去离子水的质量比为1:5~100；