[发明专利]一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途

说明书

一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途，所述高导电、高导热活性炭的比表面积为800～2500m²/g，电导率为2‑500S/cm；导热系数为5‑120W/mK；其制备系统包括：预氧化子系统，活化造孔子系统和尾气处理与循环子系统；制备方法，包括将聚合物纤维在预氧化子系统中用含氧气体处理后，切割为小颗粒，在活化造孔子系统中用CO2高温高压下处理，生成高导电性的活性炭。将尾气(含CO2，CO等)进入尾气处理与循环子系统，变为高纯CO2，用作用活化造孔的原料气。同时高温尾气可为预氧化子系统和活化造孔子系统供热。该制备方法简单，成本低，所得产品纯度高，振实密度大，结构完整，机械强度强，可适用于做分离、吸附材料或电化学储能的电极材料。

技术领域

本发明属于碳材料及其制备技术领域，特别涉及一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途。

背景技术

双电层电容器是一类基于电解液/电极界面的物理储能器件，具有充放电快，不放热，功率密度大，安全寿命长的特点，广泛应用于各种重型设备的启动，大功率系统的激发，以及快速储能与转移的能量吸附领域，以及需要长周期待机时保持可靠性的备用电源等。这类电容器常用比表面积大的活性炭，碳纳米管及石墨烯等做电极材料，尽量兼顾导电性、化学稳定性、适宜孔结构与加工特性等多种要求。在传输特性上，既需要满足长程的电子导电要求，又需要满足短程的离子扩散要求。碳纳米管与石墨烯等材料很好地满足了这一要求，但其振实密度太低，吸液量过大，导致基于器件的能量密度不高。在加工特性方面，活性炭由于颗粒大，振实密度大，吸附液量小而被广泛采用，但是其微孔太多，导电性太差，制约了性能发挥。同时，对于有机挥发性气体处理的环保行业来说，也存在着活性炭吸附剂微孔比例太高，可逆使用性能差的缺点。同时，由于以前的活性炭导电与导热性差，在吸附降温与脱附升温的操作过程中，耗时过长，能耗高。有时不能满足吸附与脱附快速切换的需要。

另外，对于用于超级电容器的活性炭电极材料的活性方法与环保用活性炭的活化方法来说，大多用水蒸汽活性或碱活化，具有流程长，污染大，成本高的缺点。对于少量CO2活化的技术来说，没有充分考虑过程的热能利用与尾气回用方案，导致成本偏高。

上述材料的基本特性，导致了活性炭基双电层电容器的性能很难再提高。同时也导致了碳纳米管与石墨烯基双电层电容器产业化步伐迟缓。也导致了目前活性炭材料在环保应用时，应用领域有限。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高导电、高导热活性炭及制备系统、制备方法与用途，该活性炭的导电性等于或优于碳纳米管或石墨烯，远优于传统活性炭，化学结构稳定性远优于传统活性炭，吸液量、振实密度又介于二者之间，从而具有目前已知最好的综合电容器件性能。导热性远优于传统活性炭，与石墨接近，从而在气体吸附/脱附与导热方面的工程操作方面具有优势。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高导电、高导热活性炭，所述高导电、高导热活性炭的比表面积为800～2500m²/g，5-10nm孔的孔容占总孔容的40-85％,电导率为2-600S/cm,导热系数为5-120W/mK。

一种所述高导电、高导热活性炭的制备系统，包括：预氧化子系统1，活化造孔子系统2和尾气处理与循环子系统3；其中预氧化子系统1设置有预氧化子系统1的固体原料进口4、预氧化子系统1的原料气进口5、预氧化子系统1的固体出口6、预氧化子系统1的尾气出口7、预氧化子系统1的换热气体进口8和预氧化子系统1的换热气体出口9；其中活化造孔子系统2设置有具有活化造孔子系统2的活化气体进口10、活化造孔子系统2的尾气出口11、活化造孔子系统2的固体原料进口12,活化造孔子系统2的固体产品出口13；尾气处理与循环子系统3设置具有尾气处理与循环子系统3的尾气进口14、尾气处理与循环子系统3的尾气出口15和尾气处理与循环子系统3的空气进口16；