一种超级电容活性炭的制备方法与流程

本发明涉及生物质多孔材料制备，尤其是涉及一种超级电容活性炭的制备方法。

背景技术：

1、随着绿色低碳发展和可再生资源高值化利用需求的不断提升，以生物质为前驱体制备功能碳材料已成为重要研究方向。与传统化石碳源相比，生物质具有来源广泛、可再生及成本较低等优势，为多孔碳材料的绿色制备提供了新的原料基础。

2、马尾藻是一类资源丰富的大型海洋褐藻，富含多糖及有机碳组分，具有良好的碳材料转化潜力。然而，其天然组成复杂、无机盐含量较高，直接热解容易造成所得碳材料形貌不均一、结构难以调控。因此，将马尾藻定向转化为形貌规则的碳微球，有利于提高其资源利用价值并为后续孔结构调控提供稳定碳骨架。

3、水热碳化能够在相对温和的条件下促进马尾藻发生水解、脱水、缩合和聚合等反应，是制备生物质碳微球的有效方法。通过调控反应体系及添加辅助组分，可促进碳质颗粒成核和生长。然而，水热所得碳微球通常孔隙结构不够发达，仍需进一步碳化和活化处理。

4、koh活化具有较强的造孔能力，但在高温条件下容易对碳骨架产生过度刻蚀，使碳微球发生表面破损、结构坍塌甚至颗粒破碎，导致孔隙发育与球形结构保持难以兼顾。

5、因此，有必要开发一种能够调控koh活化过程、兼顾孔结构构筑与碳微球形貌保持的活化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超级电容活性炭的制备方法，解决了传统koh直接活化马尾藻基碳微球过程中容易造成碳骨架过度刻蚀以及微球结构破坏的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超级电容活性炭的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、制备马尾藻基碳微球前驱体；

4、s2、将s1得到的碳微球前驱体在惰性气氛下进行碳化处理，得到碳化后的马尾藻基碳微球；

5、s3、将s2得到的碳化后的马尾藻基碳微球与koh、nacl和kcl混合，加入去离子水进行湿法浸渍，浸渍完成后进行干燥和研磨得到混合物；

6、s4、将s3所得混合物在惰性气氛下升温进行高温熔盐限域活化处理，使氯化钠和氯化钾形成熔融盐环境，并在氢氧化钾作用下对碳微球进行活化得到活化后的产物；

7、s5、将s4得到的活化后的产物进行酸洗，再采用去离子水洗涤至中性，干燥并研磨，得到超级电容活性炭。

8、优选的，s1中，马尾藻基碳微球前驱体的制备方法为：

9、（1）对马尾藻进行酸洗预处理、洗涤、干燥、粉碎、筛分得到预处理马尾藻粉末；

10、（2）将预处理马尾藻粉末、pvp和cacl2混合于去离子水中，经充分搅拌和超声分散进行水热反应后经洗涤、干燥、研磨得到马尾藻基微球前驱体。

11、优选的，（1）中，酸洗采用500ml、1mol/l的盐酸，在80℃条件下处理3h。

12、优选的，（2）中，马尾藻与pvp的质量比为6:1，cacl2浓度为0.05mol·l-1，马尾藻与去离子水的固液比为1g:25ml。

13、优选的，（2）中，水热反应温度为180℃-210℃，反应时间为12h。

14、优选的，s2中，碳化处理在n2气氛下进行，碳化温度为600℃，碳化时间为2h，升温速率为5℃·min-1。

15、优选的，s3中，碳化后的马尾藻基碳微球与koh的质量比为1:(1-4)，碳化后的马尾藻基碳微球与nacl、kcl的质量比为1:1.8:2.2。

16、优选的，s4中，高温熔盐限域活化处理的温度为700℃-800℃，活化时间为2h，升温速率为5℃·min-1。

17、优选的，s5中，酸洗采用1mol/l的盐酸。

18、因此，本发明采用上述一种超级电容活性炭的制备方法，具有以下有益效果：

19、（1）本发明采用nacl/kcl二元熔盐体系与koh活化相结合，通过构建高温熔盐限域环境，改变koh直接作用于碳微球的反应环境，nacl/kcl在高温下形成熔融盐相，并通过润湿和毛细作用在碳微球表面及颗粒间隙中形成连续盐膜，对相邻碳微球进行微尺度分隔。同时，活化剂需经熔盐层扩散至碳表面，使活化反应局限于碳微球-熔盐界面附近，从而实现微观限域，抑制局部过度刻蚀和结构坍塌。

20、（2）本发明以具有球形结构的马尾藻水热碳为活化前驱体，并将水热成球、碳化和熔盐限域活化相结合，有利于在发展孔隙结构的同时保持碳微球的整体结构。

21、（3）本发明采用nacl、kcl和koh作为主要活化体系，所用原料常见，工艺流程简单，通过酸洗和水洗即可对活化后的残余无机组分进行处理，为马尾藻等海洋生物质的高值化利用提供了新的技术途径。

22、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：s1中，马尾藻基碳微球前驱体的制备方法为：

3.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：（1）中，酸洗采用500ml、1mol/l的盐酸，在80℃条件下处理3h。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：（2）中，马尾藻与pvp的质量比为6:1，cacl2浓度为0.05mol·l-1，马尾藻与去离子水的固液比为1g:25ml。

5.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：（2）中，水热反应温度为180℃-210℃，反应时间为12h。

6.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：s2中，碳化处理在n2气氛下进行，碳化温度为600℃，碳化时间为2h，升温速率为5℃·min-1。

7.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：s3中，碳化后的马尾藻基碳微球与koh的质量比为1:(1-4)，碳化后的马尾藻基碳微球与nacl、kcl的质量比为1:1.8:2.2。

8.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：s4中，高温熔盐限域活化处理的温度为700℃-800℃，活化时间为2h，升温速率为5℃·min-1。

9.根据权利要求1所述的一种超级电容活性炭的制备方法，其特征在于：s5中，酸洗采用1mol/l的盐酸。