[发明专利]改性活性炭及其制备方法和超级电容器

说明书

本发明提供一种改性活性炭及其制备方法和超级电容器，涉及活性炭领域。改性活性炭的制备方法，包括：将竹材颗粒与酚醛树脂共混、浸渍，然后依次进行固化、炭化和活化。改性活性炭，使用所述的改性活性炭的制备方法所制得。超级电容器，其原料包括所述的改性活性炭。本申请提供的改性活性炭的制备方法，采用竹材颗粒作为碳源和模板，使用酚醛树脂改善活性炭的振实密度，然后采用活化工艺，在制备过程中竹材颗粒在酚醛树脂中的有效分散防止酚醛树脂固化及炭化过程中的体积收缩，提高活性炭的比表面积。本申请提供的改性活性炭质量比电容优异，灰分低，比表面积大，振实密度高。使用本申请提供的改性活性炭作为原料制得的超级电容器，性能随之提升。

技术领域

本发明涉及活性炭领域，尤其涉及一种改性活性炭及其制备方法和超级电容器。

背景技术

活性炭是一种多孔性分离材料，与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭具有孔隙结构高度发达、比表面积大、官能团丰富、性能稳定、可以再生等优势。因此，活性炭广泛应用于空气净化、超级电容器、催化剂载体、烟气脱硫、食品保鲜等领域。

其中颗粒活性炭的吸附性能主要由其孔结构(孔形状、孔径及分布)和表面官能团决定，而将活性炭，尤其是颗粒活性炭进行成型加工制备水净化用滤芯、柱状炭、蜂窝炭以及超级电容器用电容炭的过程中，颗粒活性炭的密度、灰分含量、挥发份含量、pH值等理化指标尤为重要。

依据超级电容器用活性炭的国家标准要求(GB/T37386、GB/T24533)，植物类超级电容器用活性炭比表面积≥1000m²/g，振实密度≥0.27g/cm³，而采用传统的水蒸气活化工艺制备的竹质活性炭比表面积通常小于等于1000m²/g，且振实密度≤0.27g/cm³，无法满足超级电容器用活性炭的要求。

目前使用的化学活化法能够制备比表面积较高的活性炭，但是制备的竹质活性炭存在得率低(依据碱炭比得率在10～20％之间)、密度低(振实密度≤0.27g/cm³)、灰分含量高(小于等于10％)等缺点。因此，要制备出满足应用场景下所需的比表面积和振实密度的活性炭，同时要提高竹质活性炭的得率，并且降低灰分含量，必须探索新的制备方法。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种改性活性炭的制备方法，利用酚醛树脂提高产物的振实密度，同时竹材颗粒在酚醛树脂中的有效分散能防止酚醛树脂在固化和炭化过程中的体积收缩，进而提高活性炭的比表面积，活化过程进一步提高得率。整个制备过程工艺条件易于达到、便于控制，有助于扩大化生产。

本发明的第二目的在于提供一种改性活性炭，其振实密度高，灰分低，质量比电容优异。

本发明的第三目的在于提供一种超级电容器，其性能优良。

为实现以上目的，特采用以下技术方案：

一种改性活性炭的制备方法，包括：将竹材颗粒与酚醛树脂共混、浸渍，然后依次进行固化、炭化和活化。

采用竹材颗粒作为碳源和模板，酚醛树脂作为改善活性炭的振实密度的辅助原料，同时也可作为碳源，采用活化工艺制备改性活性炭，在制备过程中，酚醛树脂有效的提高了竹质活性炭的密度，同时竹材颗粒在酚醛树脂中的有效分散防止酚醛树脂固化及炭化过程中的体积收缩，进而提高了所制备的活性炭的比表面积，从而制备出具有高振实密度、高得率，并且具有优异的质量比电容的改性活性炭。

优选地，所述竹材颗粒与所述酚醛树脂的质量比为1:1～1:3。

可选地，所述竹材颗粒与所述酚醛树脂的质量比可以为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、以及1:3之间的任意值。

优选地，所述竹材颗粒选自毛竹，所述毛竹的水分含量小于等于5％；