專利名稱：一種制備超級多孔炭的微波復合活化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及炭材料制備技術(shù)，特別涉及高比表面積炭的制備技術(shù)，屬于新材料領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
近年來，石化資源日益短缺、環(huán)保壓力劇增，電動車輛和太陽能風能系統(tǒng)等的發(fā)展 是大勢所趨。在此背景下，超級電容器和超級電池顯示出廣闊的應用前景。它們具有比功 率大、比能量高的優(yōu)點，可快速充放電，而且壽命長、工作溫限寬、免維護，是新型高效、實用 的能量儲存器件。超級多孔炭是比表面積很高的電荷吸附載體，是超級電容器和超級電池 的電極材料和技術(shù)關(guān)鍵。關(guān)于超級多孔炭的制備方法，已有不少專利進行報道。美國專利US4082694、日本 專利JP2004/013575和中國專利01126708. 9以石油焦為原料，以KOH為活化劑，采用常規(guī) 加熱方式制備超級多孔炭。常規(guī)加熱是根據(jù)熱傳導、對流和輻照原理從物料外部由表及里 地進行加熱，加熱速度緩慢，溫度場不均勻，須經(jīng)過較長的工藝時間才能完成活化過程，活 化過程中物料的表層孔隙被燒蝕垮塌后心部孔隙才能形成。因此，常規(guī)加熱所制超級多孔 炭比表面積較高但致密度低，高比表面積與高振實密度難以同時實現(xiàn)。而微波加熱時，物料 的加熱是通過物料與外場相互作用完成的，在高頻電磁場作用下由于介質(zhì)損耗而使溫度升 高。微波輻照時物料表層心部同時加熱，不必等到表層孔隙被燒蝕垮塌心部孔隙即可形成， 因而微波加熱活化所制超級多孔炭比表面積較高、致密度也較高，能一定程度上兼顧高比 表面積和高振實密度。中國專利 931146937. 2、02113270·4、20041002220085·χ、200510010670· 2 和 200510010965. χ采用微波加熱活化制備活性炭，取得了較好的效果。但上述專利都采用單 一原料、單一活化劑，微波輻照過程中未加入催化劑，產(chǎn)物中難以形成導電性優(yōu)良的準一維 碳納米材料，所制多孔炭的結(jié)構(gòu)和性能難于滿足超級電容器和超級電池的要求。在此基礎上，本發(fā)明提出一種制備超級多孔炭的微波復合活化方法。本項目的技 術(shù)方案如下以石化類含碳物與植物類含碳物的混合物為原料，破碎至20-200目，再加入 KOH/NaOH復合活化劑和鐵/鈷/鎳催化劑，采用微波輻照對反應原料進行加熱，使得反應物 內(nèi)部和外部同時瞬間升溫，產(chǎn)生物理化學反應并伴隨微爆炸效應，進而促進多孔炭孔結(jié)構(gòu) 的形成，再經(jīng)洗滌和烘干過程，最終制得超級多孔炭。本發(fā)明具有如下技術(shù)特點(1)以石化類含碳物與植物類含碳物的混合物為原料，兼有石化類含碳物含碳量 高的優(yōu)點和植物類含碳物含天然孔隙的優(yōu)點；(2)以微波活化爐替代常規(guī)電阻活化爐，活化過程中物料表層心部同時加熱，不必 等到表層孔隙被燒蝕垮塌心部孔隙即可形成；(3)活化過程過程中既有熱效應促使含碳原料活化成孔，又有微爆炸效應促使含碳原料成孔，成孔用活化劑比例可減少；
(4)以KOH/NaOH復合活化劑替代通常的K0H活化劑，K0H易于活化成高比表面積 和微孔結(jié)構(gòu)；而NaOH易于活化成中等比表面積和中孔結(jié)構(gòu)；采用KOH/NaOH復合活化劑，比 單一活化劑更易調(diào)節(jié)多孔炭的比表面積和孔結(jié)構(gòu)，可同時獲得高比表面積和高中孔比例；(5)反應物中添加有催化劑，含碳原料活化成孔過程與催化生成準一維碳納米材 料過程伴隨進行，產(chǎn)物為微米級活性炭與準一維碳納米材料的混合物。與超級多孔炭的其它制備方法相比，本發(fā)明所制超級多孔炭具有高比表面積、 高密度、高導電、孔結(jié)構(gòu)合理等特點，比表面積可達2000m2/g以上、振實密度可達0. 6g/ cm3以上、質(zhì)量比電容量可達250F/g以上、體積比電容量可達150F/cm3以上、粉末電阻率 4000 u Q !!!以下，特別適合用作超級電容器和超級電池的電極材料。
具體實施例方式實施例1以質(zhì)量比為1 1的石油焦與竹屑混合物為原料，破碎至20-200目，加入含碳原 料質(zhì)量2倍的KOH/NaOH復合活化劑，KOH/NaOH的質(zhì)量比為4 1，再加入含碳原料質(zhì)量 0. 5%的300目鐵粉作為催化劑，入輸出功率3500W的微波爐，微波輻照30分鐘，取出后經(jīng) 洗滌和烘干過程，所制超級多孔炭的比表面積達到2110m2/g、振實密度達到0. 62g/cm3、質(zhì) 量比電容量達到268F/g、粉末電阻率3800P Q m。
權(quán)利要求
一種制備超級多孔炭的微波復合活化方法，其特征是以含碳物混合物為原料，再加入復合活化劑和催化劑，采用微波輻照對反應物進行加熱，產(chǎn)生物理化學反應并伴隨微爆炸效應，進而促進多孔炭孔結(jié)構(gòu)的形成，再經(jīng)洗滌和烘干過程，最終制得超級多孔炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級多孔炭微波復合活化制備方法，其特征是所述含碳物 混合物為石化類含碳物和植物類含碳物混合物，石化類含碳物為石油焦、浙青焦、煤，植物 類含碳物為竹屑、木屑，石化類含碳物與植物類含碳物的質(zhì)量比為0.2-1 1-5，其粒度為 20-200 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級多孔炭微波復合活化制備方法，其特征是所述復合活 化劑為KOH/NaOH的混合物，其質(zhì)量比為0.2-1 1-5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級多孔炭微波復合活化制備方法，其特征是所述催化劑 為鐵粉、鈷粉、鎳粉或其混合物，催化劑的粒度在100-1000目，反應物中催化劑的質(zhì)量為含 碳原料的0. -10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級多孔炭微波復合活化制備方法，其特征是所制備的超 級多孔炭為微米級活性炭與準一維碳納米材料的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級多孔炭微波復合活化制備方法，其特征是所制備的超 級多孔炭，其比表面積可達2000m2/g以上，振實密度可達0. 6g/cm3以上。
全文摘要
一種制備超級多孔炭的微波復合活化方法。以石化類含碳物與植物類含碳物的混合物為原料，再加入KOH/NaOH復合活化劑和鐵/鈷/鎳催化劑，采用微波輻照對反應物進行加熱，產(chǎn)生物理化學反應并伴隨微爆炸效應，進而促進多孔炭孔結(jié)構(gòu)的形成，再經(jīng)洗滌和烘干過程，最終制得超級多孔炭。所制超級多孔炭為微米級活性炭與準一維碳納米材料的混合物，比表面積可達2000m2/g以上，振實密度可達0.6g/cm3以上，可用作超級電容器和超級電池的電極材料。
文檔編號B01J20/30GK101837975SQ201010177879
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者梁逵 申請人:湖南太和科技有限公司