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超级电容器 活性炭的制备方法

阅读：485发布：2024-02-19

专利汇可以提供超级电容器活性炭的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种超级电容器活性炭的制备方法，包括椰壳预处理、干馏炭化、搅拌除杂得搅拌料、初步造孔和再扩孔得粗物料、及物理除杂和粉碎得成品，所述粗物料外周最远两端点间距离不大于0.15mm；物理除杂具体为：将粗物料置于悬浮器中进行湿法浮选，悬浮器包括延长度方向依次连通设置的预混室、搅拌室、缓冲室、第一截留室、及第二截留室；预混室顶端设置进水口和进料口，内设置多对挡板；搅拌室设置电机；缓冲室内设置第一缓冲网，及多个第二缓冲网；第一截留室和第二截留室拱形连接，覆设导向板。本发明以可再生资源椰壳为原料，全过程采用物理法生产，过程无污染，成本低，湿法浮选提纯粗物料，提高效率的同时，成品洁净度高。，下面是超级电容器活性炭的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超级电容器活性炭的制备方法，包括椰壳预处理得预处理椰壳、干馏炭化得炭化料、搅拌除杂得搅拌料、初步造孔和再扩孔得粗物料、及物理除杂和粉碎得成品，其特征在于：
所述粗物料外周最远两端点间距离不大于0.15mm；
物理除杂具体为：将粗物料置于悬浮器中进行湿法浮选，控制水与粗物料的质量比为
9:1，水的流速以1m/s的速度由10m/s增至20m/s后由以1m/s的速度由20m/s降至10m/s，依次往复循环，其中，所述悬浮器包括延长度方向依次连通设置的预混室、搅拌室、缓冲室、第一截留室、及第二截留室；
其中，所述预混室顶端高于所述搅拌室顶端，所述预混室顶端相邻设置进水口和进料口，所述预混室内位于所述进水口和进料口下端上下间隔设置多对挡板，每对挡板互相不接触，且交错向下倾斜设置，每对挡板中远离所述搅拌室一侧的挡板位于另一个挡板的上部，每个挡板与所述预混室侧壁间的夹角为40度，所述预混室远离所述搅拌室一侧下部与其底端弧形过渡连接；
所述搅拌室底面中心设置一电机，电机竖直向上固接一搅拌轴，所述搅拌轴上上下间隔设置多个桨叶，所述桨叶沿沿远离电机的方向长度依次减少，所述桨叶周向辐设由尼龙丝制成的刷毛，任意相邻两刷毛间的距离大于0.2mm，所述刷毛远离所述桨叶的一端做磨圆处理；
所述缓冲室内沿远离搅拌室的方向依次倾斜设置第一缓冲网，及多个第二缓冲网，其中，所述第一缓冲网两侧上下间隔水平设置多个第一弹簧，所述第一弹簧的自由端固接一圆锥状网盖，所述网盖的开口朝向搅拌室设置，所述网盖的孔径大于0.5mm，沿远离搅拌室的方向第二缓冲网的孔径及高度均依次减小，靠近过滤室一侧的第二缓冲网的孔径大于
0.2mm；
所述第一截留室和所述第二截留室的底端低于所述缓冲室底端高度，所述第一截留室与所述第二截留室间拱形连接，所述第一截留室和所述第二截留室中上部覆设导向板，所述导向板上讲个向下设置多个漏斗状导向口，所述导向口的孔径大于0.5mm。
2.如权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，每个挡板的顶面间隔设置多个阻挡组件，所述阻挡组件包括沿水流下落方向设置的拱形块、垂直于所述挡板设于所述拱形块上的圆锥体，相邻两个圆锥体间的距离大于0.5mm。
3.如权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，所述拱形门顶端的高度高于所述缓冲室底端的高度，所述第二截留室上部侧壁具有出水口。
4.如权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，预处理椰壳的制备方法为：将干燥后含水量为12-14％的椰壳粉碎后通过塑料成型装置挤压成直径为0.8cm的球形物料，将球形物料置于烧结炉中，通入氮气，控制温度为400-450℃，反应25-30min，取出冷却至室温，得预处理椰壳。
5.如权利要求4所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，干馏炭化的具体为：将预处理椰壳置于炭化炉中，控制炭化炉内起始温度为400℃，以每小时升温50-60℃的速度升温至炭化炉内温度为700-750℃，继续反应23-25h，炭化炉内温度以每小时50-60℃的速度降至室温，得炭化料。
6.如权利要求5所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，搅拌除杂具体为：
将炭化料置于搅拌机中搅拌除杂，将搅拌除杂后的炭化料置于粉碎机中粉碎，过100-120目筛。
7.如权利要求6所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，初步造孔具体为：
将搅拌料置于活化炉中，通入高温水蒸汽，控制高温水蒸汽流速为3m3/h，压力为4MPa，温度为1200℃，反应12h；
再扩孔具体为：向活化炉中通入甲烷及高温水蒸汽的混合气体，控制混合气体的流速为3m3/h，压力为4MPa，温度为1200℃，继续反应12h，其中，甲烷和高温水蒸气体积比为1:2。

说明书全文

超级电容器活性炭的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超级活性炭制备领域。更具体地说，本发明涉及一种超级电容器活性炭的制备方法。

背景技术

[0002] 超级电容器是利用电极/电解质交界面上的双电层或发生的二维/准二维法拉第反应来储能的一种新型电储能器件。根据超级电容器的工作原理，为了使超级电容器获得较大的容量，电极材料需要具有化学惰性、比表面积大、导电性好、纯度高等特性，目前使用最多的电极材料为多孔碳材料，包括活性炭粉末、活性炭纤维、碳纳米管和碳气凝胶，其中，活性炭粉末的来源可为生物质，从原头上确保绿色无污染，具有锂电池无法比拟的独特优势。

[0003] 但是，目前市售的活性炭适合作为电极材料的确很少，首先，活性炭制作过程多使用化学方法，或者化学结合物理方法制备活性炭，但是化学制备方法导致制备的活性炭上富含杂质，且清洗困难，如何获得洁净度高的活性炭是目前急需解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

[0005] 本发明还有一个目的是提供一种超级电容器活性炭的制备方法，其以可再生资源椰壳为原料，全过程采用物理法生产，过程无污染，成本低，湿法浮选提纯粗物料，提高效率的同时，成品洁净度高。

[0006] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超级电容器活性炭的制备方法，包括以下步骤：包括椰壳预处理得预处理椰壳、干馏炭化得炭化料、搅拌除杂得搅拌料、初步造孔和再扩孔得粗物料、及物理除杂和粉碎得成品，其特征在于：

[0007] 所述粗物料外周最远两端点间距离不大于0.15mm；

[0008] 物理除杂具体为：将粗物料置于悬浮器中进行湿法浮选，控制水与粗物料的质量比为9:1，水的流速以1m/s的速度由10m/s增至20m/s后由以1m/s的速度由20m/s降至10m/s，依次往复循环，其中，所述悬浮器包括延长度方向依次连通设置的预混室、搅拌室、缓冲室、第一截留室、及第二截留室；

[0009] 其中，所述预混室顶端高于所述搅拌室顶端，所述预混室顶端相邻设置进水口和进料口，所述预混室内位于所述进水口和进料口下端上下间隔设置多对挡板，每对挡板互相不接触，且交错向下倾斜设置，每对挡板中远离所述搅拌室一侧的挡板位于另一个挡板的上部，每个挡板与所述预混室侧壁间的夹角为40度，所述预混室远离所述搅拌室一侧下部与其底端弧形过渡连接；

[0010] 所述搅拌室底面中心设置一电机，电机竖直向上固接一搅拌轴，所述搅拌轴上上下间隔设置多个桨叶，所述桨叶沿沿远离电机的方向长度依次减少，所述桨叶周向辐设由尼龙丝制成的刷毛，任意相邻两刷毛间的距离大于0.2mm，所述刷毛远离所述桨叶的一端做磨圆处理；

[0011] 所述缓冲室内沿远离搅拌室的方向依次倾斜设置第一缓冲网，及多个第二缓冲网，其中，所述第一缓冲网两侧上下间隔水平设置多个第一弹簧，所述第一弹簧的自由端固接一圆锥状网盖，所述网盖的开口朝向搅拌室设置，所述网盖的孔径大于0.5mm，沿远离搅拌室的方向第二缓冲网的孔径及高度均依次减小，靠近过滤室一侧的第二缓冲网的孔径大于0.2mm；

[0012] 所述第一截留室和所述第二截留室的底端低于所述缓冲室底端高度，所述第一截留室与所述第二截留室间拱形连接，所述第一截留室和所述第二截留室中上部覆设导向板，所述导向板上讲个向下设置多个漏斗状导向口，所述导向口的孔径大于0.5mm。

[0013] 优选的是，每个挡板的顶面间隔设置多个阻挡组件，所述阻挡组件包括沿水流下落方向设置的拱形块、垂直于所述挡板设于所述拱形块上的圆锥体，相邻两个圆锥体间的距离大于0.5mm。

[0014] 优选的是，所述拱形门顶端的高度高于所述缓冲室底端的高度，所述第二截留室上部侧壁具有出水口。

[0015] 优选的是，预处理椰壳的制备方法为：将干燥后含水量为12-14％的椰壳粉碎后通过塑料成型装置挤压成直径为0.8cm的球形物料，将球形物料置于烧结炉中，通入氮气，控制温度为400-450℃，反应25-30min，取出冷却至室温，得预处理椰壳。

[0016] 优选的是，干馏炭化的具体为：将预处理椰壳置于炭化炉中，控制炭化炉内起始温度为400℃，以每小时升温50-60℃的速度升温至炭化炉内温度为700-750℃，继续反应23-25h，炭化炉内温度以每小时50-60℃的速度降至室温，得炭化料。

[0017] 优选的是，搅拌除杂具体为：将炭化料置于搅拌机中搅拌除杂，将搅拌除杂后的炭化料置于粉碎机中粉碎，过100-120目筛。

[0018] 优选的是，初步造孔具体为：将搅拌料置于活化炉中，通入高温水蒸汽，控制高温水蒸汽流速为3m3/h，压力为4MPa，温度为1200℃，反应12h；

[0019] 再扩孔具体为：向活化炉中通入甲烷及高温水蒸汽的混合气体，控制混合气体的流速为3m3/h，压力为4MPa，温度为1200℃，继续反应12h，其中，甲烷和高温水蒸气体积比为1:2。

[0020] 本发明至少包括以下有益效果：以可再生资源椰壳为原料，椰壳炭机械强度高，内部结构致密，具有较高的堆密度，且椰壳中灰含量少，从原料处理至成品，全过程采用物理法生产，过程无污染，成本低，成品比表面积高、微孔孔径可控、干净，具体为：

[0021] (1)椰壳预处理过程中将干燥后的椰壳粉碎后挤压呈球状进行烧结处理，炭化前的烧结能够有效的改善球形物料的致密性，同时改善其晶粒尺寸、气孔尺寸，结合后期炭化的过程的处理使炭化料获得固定的三向网状结构的同时，控制其内气凝胶(椰壳本身分解产生的甲烷等可燃性气体)的含量在22-25％，气凝胶含量的控制能够有效的占据炭化椰壳内部空间，为后期造孔及扩孔处理打下基础；

[0022] (2)初步造孔以及再扩孔的过程中通过水蒸汽流速、温度、压力等的控制，严格控制和调控微孔的发展，同时再扩孔的过程中与现有技术中通入惰性气体制造贫氧环境相比，本发明通过通入可燃性气体的方式一方面可燃性气体燃烧消耗火化炉内氧气，另一方面可燃性气体燃烧为孔径的再扩张提供充足的能源，改善活化反应，且椰壳灰分中含有钾盐，同样能够促进活化反应；

[0023] (3)炭化后通入搅拌机中进行搅拌摩擦表面除杂，再扩孔后通过悬浮器去杂提纯，悬浮器经过多级处理，相较于传统的提纯方法效率高的同时，保证了成品的洁净度，制得能够用于制备超级电容器的活性炭，成品活性炭的总比表面积大于2000m2/g，比电容大于65F/g。

[0024] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明

[0025] 图1为本发明所述悬浮器的结构示意图；

[0026] 图2为本发明所述阻挡组件的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0028] <实施例1>

[0029] 一种超级电容器活性炭的制备方法，包括：

[0030] 椰壳预处理得预处理椰壳，具体为：将干燥后含水量为12-14％之间的椰壳粉碎后通过塑料成型装置挤压成直径为0.8cm的球形物料，将球形物料置于烧结炉中，通入氮气，控制温度为400-450℃之间，反应28min，取出冷却至室温，得预处理椰壳；

[0031] 干馏炭化得炭化料，具体为：将预处理椰壳置于炭化炉中，控制炭化炉内起始温度为400℃，以每小时升温55℃的速度升温至炭化炉内温度为7030℃，继续反应24h，炭化炉内温度以每小时55℃的速度降至室温，得炭化料；

[0032] 搅拌除杂得搅拌料，具体为：将炭化料置于搅拌机中搅拌除杂，将搅拌除杂后的炭化料置于粉碎机中粉碎，过120目筛；

[0033] 初步造孔具体为：将搅拌料置于活化炉中，通入高温水蒸汽，控制高温水蒸汽流速为3m3/h，压力为4MPa，温度为1200℃，反应12h；

[0034] 再扩孔具体为：向活化炉中通入甲烷及高温水蒸汽的混合气体，控制混合气体的流速为3m3/h，压力为4MPa，温度为1200℃，继续反应12h，得粗物料(所述粗物料外周最远两端点间距离不大于0.15mm)，其中，甲烷和高温水蒸气体积比为1:2；

[0035] 物理除杂和粉碎得成品，具体为：将粗物料置于悬浮器1中进行湿法浮选，控制水与粗物料的质量比为9:1，水的流速以1m/s的速度由10m/s增至20m/s后由以1m/s的速度由20m/s降至10m/s，依次往复循环；

[0036] 其中，所述悬浮器1包括延长度方向依次连通设置的预混室2、搅拌室3、缓冲室4、第一截留室5、及第二截留室6；

[0037] 其中，所述预混室2顶端高于所述搅拌室3顶端，所述预混室2顶端相邻设置进水口20和进料口21，所述预混室2内位于所述进水口20和进料口21下端上下间隔设置多对挡板
22，每对挡板22互相不接触，且交错向下倾斜设置，每对挡板22中远离所述搅拌室3一侧的挡板22位于另一个挡板22的上部，每个挡板22与所述预混室2侧壁间的夹角为40度，所述预混室2远离所述搅拌室3一侧下部与其底端弧形过渡连接；

[0038] 所述搅拌室3底面中心设置一电机30，电机30竖直向上固接一搅拌轴31，所述搅拌轴31上上下间隔设置多个桨叶32，所述桨叶32沿沿远离电机30的方向长度依次减少，所述桨叶32周向辐设由尼龙丝制成的刷毛33，任意相邻两刷毛33间的距离等于0.25mm，所述刷毛33远离所述桨叶32的一端做磨圆处理；

[0039] 所述缓冲室4内沿远离搅拌室3的方向依次倾斜设置第一缓冲网40，及多个第二缓冲网41，其中，所述第一缓冲网40两侧上下间隔水平设置多个第一弹簧42，所述第一弹簧42的自由端固接一圆锥状网盖43，所述网盖43的开口朝向搅拌室3设置，所述网盖43的孔径等于0.55mm，沿远离搅拌室3的方向第二缓冲网41的孔径及高度均依次减小，靠近过滤室一侧的第二缓冲网41的孔径等于0.25mm；

[0040] 所述第一截留室5和所述第二截留室6的底端低于所述缓冲室4底端高度，所述第一截留室5与所述第二截留室6间拱形连接，所述第一截留室5和所述第二截留室6中上部覆设导向板50，所述导向板50上讲个向下设置多个漏斗状导向口51，所述导向口51的孔径等于0.55mm；

[0041] 每个挡板22的顶面间隔设置多个阻挡组件23，所述阻挡组件23包括沿水流下落方向设置的拱形块24、垂直于所述挡板22设于所述拱形块24上的圆锥体25，相邻两个圆锥体25间的距离大于0.5mm；

[0042] 所述拱形门顶端的高度高于所述缓冲室4底端的高度，所述第二截留室6上部侧壁具有出水口60；

[0043] 使用过程中，通过进水口20加入水，通过进料口21加入粗物料，控制水与粗物料的质量比为9:1，水的流速以1m/s的速度由10m/s增至20m/s后由以1m/s的速度由20m/s降至10m/s，依次往复循环，打开电机30旋转，在第一截留室5内获取粗物料，第二截留室6内的物料再次通过进料口21加入预混室2再次提纯，采用这种技术方案，在预混室2内将水与粗物料利用挡板22、阻挡组件23及其自身重力充分混合，同时进行初步清洗，后经过搅拌室3进行充分搅拌混合，并通过刷毛33再次清洗，整个装置能够快速有效的净化粗物料，提高成品洁净度。

[0044] 产业实用性

[0045] 由于本发明的超级活性炭全过程采用物理法生产，不存在化学污染及化学残留，成品比表面积高、微孔孔径可控、且干净，可以在工业上低成本有利制造。

[0046] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

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超级电容器活性炭的制备方法

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