[发明专利]射频等离子体改性快速制备酶解木质素基富氮活性炭方法

摘要

本发明是射频等离子体改性快速制备酶解木质素基富氮活性炭方法，属于生物质材料领域。其工艺是采用碱性水溶液萃取法对取自于生物燃料乙醇工业化生产线的酶解木质素进行提纯，再经筛选、炭化、KOH活化后得到酶解木质素基活性炭，用氮等离子体对其进行改性后与聚四氟乙烯乳液和乙炔黑混合、碾压、干燥，压制在泡沫镍上制得电极片，将电极片真空浸渍于KOH电解质溶液中，最后与聚乙烯隔膜、集电极、聚四氟乙烯保护外壳以及引线组装成超级电容器。经氮等离子体处理后，在2～10分钟内使酶解木质素基活性炭的比表面积提高5～30％，微孔比例增至95％以上，氮元素含量提高4～12倍，用其制备的超级电容器比电容较处理前提高20～60％。

主权项

1.射频等离子体改性快速制备酶解木质素基富氮活性炭方法，其特征在于：所述的射频等离子体改性酶解木质素基富氮活性炭是按以下步骤制备的：步骤一：酶解木质素提纯：采用碱性水溶液萃取法对取自于生物燃料乙醇工业化生产线的酶解木质素进行提纯；步骤二：酶解木质素炭化处理：纯化后的酶解木质素经过40目筛网筛选后，在卧式管式炉中进行炭化处理；步骤三：酶解木质素基炭活化处理：以KOH溶液为活化剂，将酶解木质素基炭与KOH按质量比1∶1～1∶4混合反应，得到酶解木质素基活性炭；步骤四：酶解木质素基活性炭快速成孔富氮处理：采用射频等离子体处理设备对酶解木质素基活性炭进行改性处理，通过氮等离子体中的电子、离子、原子、分子以及光子高能量活性粒子对酶解木质素基活性炭的物理刻蚀，破坏酶解木质素基活性炭的大孔，并形成大量纳米级孔隙，调整活性炭的孔径结构，增大微孔比例，同时，利用等离子体的自由基引发化学作用，在酶解木质素基活性炭上引入目标含氮官能团，显著提高酶解木质素基活性炭的比电容，通过等离子体中高能活性粒子的物理和化学协效作用，在短时间内使酶解木质素基活性炭的比表面积较等离子体处理前提高5～30％，微孔比例较等离子体处理前增至95％以上，氮元素含量较等离子体处理前提高4～12倍，用其制备的超级电容器比电容较等离子体处理前提高20～60％，将步骤三中得到的酶解木质素基活性炭放入射频等离子体处理设备的样品腔中，将样品腔中抽至2Pa的本底真空，然后通入含氮气体，将真空度调至20～30Pa，启动射频电源，调节处理功率至50～200W，使样品室气体起辉放电，产生氮等离子体，对酶解木质素基活性炭进行改性处理，处理时间为2‑10min；步骤五：酶解木质素基炭电极及超级电容器的制备：在经氮等离子体改性处理后的酶解木质素基活性炭中加入5～10％浓度为60％聚四氟乙烯乳液和5～10％的乙炔黑，混合均匀后在双辊压片机上碾压成厚度为0.4mm薄片，放入干燥箱，在103℃下干燥4小时，压制在泡沫镍上制得超级电容器电极片，而后以浓度30％的KOH溶液作电解质溶液，先将两块电极片在KOH溶液中真空浸渍3小时，再在浸渍后的电极片中间夹上聚乙烯隔膜，两边装上集电极后一起装入聚四氟乙烯加工成的保护外壳中，接上引线装配成超级电容器。