[发明专利]一种炭基电容式电极材料的制备方法

说明书

本发明属于废弃污泥资源化技术领域，尤其涉及一种炭基电容式电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将消化进池污泥晾干，干燥、粉碎，并过网筛，得到污泥干粉；S2，将污泥干粉、氢氧化钾以及酚醛树脂混合，加入去离子水搅拌混匀，并用模具定型，干燥得到污泥板；S3，将污泥板高温炭化，然后经过酸洗、双氧水洗，干燥得到炭基电容式电极材料。相比于现有技术，本发明的制备方法简单易行，节省了原料和制备成本，而且制得的电极具有较高的比电容和较小的阻抗。

技术领域

本发明属于废弃污泥资源化技术领域，尤其涉及一种炭基电容式电极材料的制备方法。

背景技术

近些年来，我国经济高速发展，加快了对国内不可再生的资源的消耗，对于新能源开发和存储提出了更高的要求。电容器是储存电能的一种设备，最近几年对于电容式电极的研究越来越广泛，由于目前超级电容器的存储功率密度高，快速充放电以及良好的稳定性成为了研究的热点。

电极材料是电容式电极性能优越的关键所在。碳材料，过度金属氧化物，氢氧化物以及导电聚合物等是目前电容式电极常用的电极材料。其中的碳材料主要包括石墨烯，碳纳米管以及生物质材料。前两者由于其价格比较昂贵，成本过高限制了它们的广泛应用。生物质材料具有产量大，成本低廉易得的优点，以它们为原料大大减小了制备成本。寻找可再生的碳材料以及简便的制备方法成为了人们所研究的难题。

污泥是污水处理过程中的副产物，是一种广泛存在的生物质炭材料。我国污水处理厂每年的污泥产量大约为5000万吨，而无害化处理仅为56％，污泥的环境友好型的有效处理处置方法是目前污水处理领域存在的难点。如何将污泥变废为宝，达到无害化处理以至于资源化利用受到了人们的关注。污泥的成分含有丰富的有机碳，金属和非金属等无机杂原子等，这些含有杂原子的有机物经过高温的作用在持续炭化条件下能够分解出丰富的官能团，这一天然优势使得污泥能够成为具备多孔结构、元素自掺杂的电容式电极材料。

因此，利用污泥开发一种简单、低成本的适用于电容式电极的生物质炭基电极材料将具有重要的应用意义。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种炭基电容式电极材料的制备方法，简单易行，节省了原料和制备成本，而且制得的电极具有较高的比电容和较小的阻抗。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种炭基电容式电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将消化进池污泥晾干，干燥、粉碎，并过网筛，得到污泥干粉；

S2，将污泥干粉、氢氧化钾以及酚醛树脂混合，加入去离子水搅拌混匀，并用模具定型，干燥得到污泥板；

S3，将污泥板高温炭化，然后经过酸洗、双氧水洗，干燥得到炭基电容式电极材料。

作为本发明所述的炭基电容式电极材料的制备方法的一种改进，步骤S1中，干燥温度为80～105℃，干燥时间为12～36h。

作为本发明所述的炭基电容式电极材料的制备方法的一种改进，步骤S1中，网筛为60～100目规格。

作为本发明所述的炭基电容式电极材料的制备方法的一种改进，步骤S2中，所述污泥干粉、所述氢氧化钾和所述酚醛树脂的质量比为(4～5)：(1～1.5)：(1～1.5)。污泥干粉是原材料；氢氧化钾是一种绿色活化剂，在高温条件下对污泥的石墨化过程进行刻蚀，增大比表面积；酚醛树脂是一种热固型树脂，在高温的条件下，固性增加，使得污泥炭可以支撑存在形成电极。三者的比例需要控制在一定范围内，才能得到较为理想的电极。若污泥干粉比例过高，电极强度下降，容易破碎，无法得到稳定的电极；若氢氧化钾或者酚醛树脂比例过高，在高温炭化的条件下，污泥炭基电极会出现裂缝，电极内部孔径过大，甚至无法得到独立支撑的电极，而且氢氧化钾过量会对设备腐蚀损坏，从而间接影响电极材料的电容。