[发明专利]一种改性超级电容炭的制备工艺

权利要求书

1.一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、碳源溶液制备

称取硒粉1份，硼氢化钠8份，加入去离子水100份，在N₂气氛下持续搅拌至澄清，再加入葡萄糖4-5份，在N₂气氛下继续搅拌至澄清，得到溶液A；

S2、硒负载多孔碳制备

将聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物按料液比10g/L搅拌溶解在四氢呋喃溶剂中，得到聚合物溶液，加入乙醇水溶液，剧烈搅拌，搅拌速率800-1000rpm，搅拌时间10min，得到溶液B，所述乙醇水溶液与所述聚合物溶液的混合体积比为3:1，再快速加入与所述溶液B等体积的所述溶液A，在N₂气氛下持续搅拌反应40-60min，加入质量浓度为2g/L的氧化石墨烯水溶液，得到溶液C，所述氧化石墨烯水溶液与所述溶液B的混合体积比为1:25，搅拌均匀后静置10min，加入质量浓度0.3g/mL的过氧二硫酸铵溶液，得到溶液D，所述过氧二硫酸铵溶液与所述溶液C的混合体积比为1:100，将所述溶液D于冰水浴中搅拌反应3-4h，离心分离沉淀，以所述乙醇水溶液洗涤沉淀，将沉淀以2℃/min的升温速率从室温逐渐加热到200-250℃，稳定20min后切换为氮气保护气氛，继续升温至450-550℃，保温3h，制得硒负载多孔碳；

S3、活性炭处理

在活性炭中加入质量浓度30％的硝酸溶液浸泡2h，滤出，去离子水洗涤，干燥，再超声分散在乙二醇中，得到溶液E，称取三碘化磷并溶解在丙酮中，配制为1g/L的三碘化磷溶液，边搅拌边将所述三碘化磷溶液缓慢加入到所述溶液E中，添加完毕后继续搅拌反应40-60min，8000rpm离心15min分离沉淀，沉淀以丙酮洗涤，干燥制得磷掺杂活性炭；

S4、高温热解

将所述硒负载多孔碳与所述磷掺杂活性炭按质量比例1:(1-10)混合，按质量体积比10ml/g加入丙酮水溶液，超声分散，超声时间15min，8000rpm离心15min分离沉淀，将沉淀干燥后转入高温炉，在氮气气氛下，升温至400℃并保温1h，冷却后制得所述改性超级电容炭。

2.根据权利要求1所述的一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比例为2:1。

3.根据权利要求1所述的一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，所述活性炭为椰子壳活性炭、煤质压块活性炭或木质活性炭。

4.根据权利要求1所述的一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，所述聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物中，PS段与PEO段的平均分子量分别为32000Da、5000Da，其制备方法包括以下步骤：

称取分子量2000的单甲氧基聚乙二醇50份，加入200份的二氯甲烷溶解，加入10份三乙胺后，在冰水浴条件下，在混合溶液中逐滴滴加2-溴异丁酰溴6.2份，滴加完毕后，继续搅拌12h，过滤分离滤液，将所述滤液浓缩至原体积的1/4，冰水浴冷却，边搅拌边缓慢加入乙醚500份，继续搅拌2h，滤出沉淀，以乙醚洗涤，真空干燥，得到产物A；称取所述产物A2份，加入0.13份溴化亚铜，0.17份五甲基二乙烯三胺，充入氮气置换反应气氛，重复置换3-5次，将混合物升温至110℃，搅拌反应30min，快速冷却，加入四氢呋喃溶解，再加入1份的碱性氧化铝搅拌除杂，滤出滤液，浓缩至原体积的1/4后逐滴滴加在甲醇中，滴加完毕后滤出沉淀，甲醇洗涤，真空干燥制得所述嵌段聚合物。

5.根据权利要求1-4之一所述制备工艺制备的改性超级电容炭。

6.根据权利要求5所述改性超级电容炭的应用方法，其特征在于，将所述改性超级电容炭与PTFE按质量比例为(8-12)：1的比例混合均匀，得到糊状物，将其擀压为200μm厚度的薄片，裁剪成适当大小，施压40MPa的压力将薄片压至不锈钢网上，即制备得到超级电容电极。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述糊状物中还包括有所述改性超级电容炭质量4-10％的木质素。

8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述木质素为氧化钒改性的木质素，其制备方法为：

称取纳米氧化钒1份，加入50份的甲苯，超声分散，超声时间15min，缓慢加入1份的3-溴丙基三甲氧基硅烷，充分搅拌，水浴70℃保温20h，滤得白色沉淀，分别经甲苯、无水乙醇洗涤，冷冻干燥制得白色粉末A；称取所述白色粉末A1份，叠氮化钠0.5份，加入DMF200份，在氮气保护下，70℃不断搅拌20h，分离出沉淀，分别以DMF、无水乙醇洗涤，冷冻干燥制得白色粉末B；称取醋酸木质素10份，按质量体积比10ml/g加入1mol/L的氢氧化钠溶液充分搅拌溶解，加入溴丙炔10份，70℃保温反应3h，冷却后盐酸溶液调节pH为2，滤出沉淀，以无水乙醇、蒸馏水分别洗涤，50℃真空干燥制得黄色粉末C，称取白色粉末B1份，黄色粉末C1.5份，超声分散在100份二恶烷中，加入碘化亚铜0.2份，水浴70℃保温20h，滤出沉淀，经蒸馏水、无水乙醇洗涤反复，冷冻干燥制得。