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最新公告：
本发明涉及活性炭材料的制备技术领域，特别涉及一种利用生物质材料制备活性碳的新方法，及其在超级电容器电极上的应用。
全球变暖和化石燃料的日益枯竭迫使人们大力发展可持续和可再生能源。目前，解决日趋短缺的能源问题，仍是人类面临的巨大挑战之一。在寻找清洁、高效和可再生能源的同时，能量存储也不容忽视。例如被认为是最具发展前景新能源的太阳能和风能，都受到诸如时间、地点、天气等因素的影响，不能稳定工作。因此，尤为需要储能系统对能量进行存储后再加以利用。近几年，超级电容器作为储能器件扮演越来越重要的角色，特别是随着信息技术、电子产品和车用能源等领域中新技术的迅速发展，人们更加关注超级电容器的研究与开发。
生物质，特别是农林废弃物和食品残留物，含有极高程度的纤维素、半纤维素和木质素，这些成分经过高温处理即可获得富碳材料。我国是农业大国，每年均会产生大量的农林废弃物，这些物质目前的清理方法主要为焚烧，不仅对环境造成严重的污染，还是对资源的极大浪费，因此，如何将生物质废弃物进行无害化处理并实现再利用，是现今科研界、工业界等普遍关注的重点课题。然而，由于生物质中仍含有多种杂质如金属等，目前市面上直接由生物质制备的碳电极材料具有成分不纯、性能较差等缺点，对以农林废弃物和食品残留物为主的生物质进行绿色高纯度碳化再利用与开发然后应用于能源储存领域，具有极大的经济价值和实用意义。
本发明的目的在于提供一种新型的利用高纤维含量生物质在酸性环境作用下制备活性碳的方法，以及该方法制备得到的活性炭在制作超级电容器的电极材料上的应用。本发明提供的方法不仅可以使生物质废弃料资源得以有效利用，减缓生态环境压力，同时制得的活性碳具有较好的电化学性能，可以用作超级电容器的电极材料，有利于推动新能源领域的发展。
一种利用生物质制备活性碳的方法，利用生物质为原料在酸溶液作用下进行开放式的水热反应制备碳前驱体，碳前驱体与碱性活化剂粉末混合研磨，高温活化，即得。
作为进一步的优选，将干燥粉碎后的生物质与一定浓度的酸溶液混合，浸泡后，置于敞开的水热反应釜中，在180-250℃，保温5-8h反应得到碳前驱体。
作为进一步的优选，所述的生物质在鼓风烘箱中80℃下干燥24-48h。粉碎至30-50目。
作为进一步的优选，将干燥粉碎后的生物质与一定浓度的酸溶液按固液重量体积比为1g:15-30ml混合，所述的一定浓度的酸溶液为质量浓度为70-85％的磷酸或60-80％的浓硫酸，浸泡1-2h后，置于敞开的水热反应釜中，在180-250℃，保温5-8h反应得到碳前驱体。
作为进一步的优选，将干燥粉碎后的生物质与一定浓度的酸溶液混合，浸泡后置于敞开式的水热反应釜中，置于马弗炉中加热，保温反应得到碳前驱体。
作为进一步的优选，开放水热反应釜容积为50-300ml，反应时装液量为反应釜容积的60-70％。
作为进一步的优选，开放水热反应釜体系为耐高温聚四氟乙烯内胆，法兰式可活动钢套。
所述的利用生物质制备活性碳的方法，碳前驱体自然冷却后洗涤至中性，抽滤干燥后与一定比例的碱性活化剂混合研磨，碱性活化剂优选为koh、naoh、k2co3、na2co3、nahco3中的一种或几种；置于保护气氛下高温活化，自然冷却至室温后，洗涤至中性，干燥，即得。
作为进一步的优选，碳前驱体自然冷却后采用水洗直至中性，抽滤干燥后，碳前驱体与碱性活化剂的比例为1：1-5混合研磨，置于氮气气氛保护下的700℃-1200℃的管式高温马弗炉中保温1-8h，自然冷却至室温后，采用去离子水、1mhcl溶液分别洗涤，接着用去离子水洗涤至中性，线h，即得。
所述的氮气气氛为纯度为99％以上的氮气；所述氮气气氛的通入流速为3-8ml/min；管式高温马弗炉的升温速率为3-10℃/min。
所述的利用生物质制备活性碳的方法，生物质具有纤维素高含量的农林废弃物及食品残留物，包括：秸秆、芒草、藤蔓、果皮中的一种或几种。
称取0.8g上述研磨后的活性碳材料，与乙炔黑按重量比8:1混合后进行研磨混匀，然后加入少量浓度为10％的聚四氟乙烯水溶液，其中，活性碳:乙炔黑:聚四氟乙烯＝8:1:1(质量比)，加入少量酒精作为溶剂，混匀后继续研磨、擀片，制备碳电极材料。将制得的碳电极片压到不锈钢集流体上，然后于110℃下线mol/l的koh水溶液为电解液，组装成超级电容器，测试电化学性能。
采用本发明方法所得活性碳材料粒度均匀，比表面积约为875m2/g，制得的电极组装成超级电容器后，放电比容量为405.34f/g，具有良好的循环稳定性，可用于能源储存领域。该方法利用工业废弃物碳毡边角料，通过简单快速的方法制备超级电容器用碳电极材料，变废为宝，充分利用资源，减少环境污染，经济效益好，有益于工业化生产。
图2：采用本发明实施例2制备的活性碳组装成超级电容器后在100mv/s扫速下的循环伏安图；
图3：采用本发明实施例2制备的活性碳组装成超级电容器后在1a/g电流密度下的充放电曲线制备的活性碳组装成超级电容器后在10a/g电流密度充放电条件下的循环稳定性。
以下对本发明的特征进行描述，所举实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本领域的技术人员应理解，对本发明内容的技术特征所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
实施例1：采用生物质废弃料制备可用于超级电容器电极的活性碳材料的制备方法包括以下步骤：
将秸秆在鼓风烘箱中干燥至恒重后粉碎，将其与75％硫酸溶液按固液重量体积比为1g:30ml混合，浸泡1h后置于改良后的开放水热反应釜体系中，置于马弗炉中于空气中加热至220℃，保温5h反应得到碳前驱体，自然冷却后采用水洗直至中性，抽滤干燥后与koh粉末以1：1比例混合研磨，置于氮气气氛保护下的800℃的管式高温马弗炉中保温2h，自然冷却至室温后，采用去离子水、1mhcl溶液分别洗涤，接着用去离子水洗涤至中性，线h，研磨后即可得到具有良好电化学性能，可用作超级电容器电极材料的活性碳材料。
实施例2：采用生物质废弃料制备可用于超级电容器电极的活性碳材料的制备方法包括以下步骤：
将芒草在鼓风烘箱中干燥至恒重后粉碎，将其与85％磷酸溶液按固液重量体积比为1g:20ml混合，浸泡1h后置于改良后的开放水热反应釜体系中，置于马弗炉中于空气中加热至200℃，保温5h反应得到碳前驱体，自然冷却后采用水洗直至中性，抽滤干燥后与koh粉末以1：1比例混合研磨，置于氮气气氛保护下的800℃的管式高温马弗炉中保温2h，自然冷却至室温后，采用去离子水、1mhcl溶液分别洗涤，接着用去离子水洗涤至中性，线h，研磨后即可得到具有良好电化学性能，可用作超级电容器电极材料的活性碳材料。
实施例3：采用生物质废弃料制备可用于超级电容器电极的活性碳材料的制备方法包括以下步骤：
将果皮在鼓风烘箱中干燥至恒重后粉碎，将其与75％硫酸溶液按固液重量体积比为1g:30ml混合，浸泡1h后置于改良后的开放水热反应釜体系中，置于马弗炉中于空气中加热至220℃，保温8h反应得到碳前驱体，自然冷却后采用水洗直至中性，抽滤干燥后与koh粉末以1：1比例混合研磨，置于氮气气氛保护下的700℃的管式高温马弗炉中保温2h，自然冷却至室温后，采用去离子水、1mhcl溶液分别洗涤，接着用去离子水洗涤至中性，线h，研磨后即可得到具有良好电化学性能，可用作超级电容器电极材料的活性碳材料。
取果皮在鼓风烘箱中干燥至恒重后粉碎，将其与75％硫酸溶液按固液重量体积比为1g:30ml混合，浸泡1h后置于普通封闭式水热反应体系中，置于马弗炉中于空气中加热至220℃，保温8h反应得到碳前驱体，自然冷却后采用水洗直至中性，抽滤干燥后与koh粉末以1：1比例混合研磨，置于氮气气氛保护下的700℃的管式高温马弗炉中保温2h，自然冷却至室温后，采用去离子水、1mhcl溶液分别洗涤，接着用去离子水洗涤至中性，线h后获得碳材料，采用相同的方式制备电极片，装入电容器装置中测试，其电化学性能远不如经本方法处理后的活性碳产物。
采用本发明方法以生物质废弃料制备所得活性碳，制备成电极片后装入超级电容器装置中进行测试，其中实施例2中所获得的超级电容器电极活性碳的扫描电镜图如图1所示，各项电化学性能如图2，3，4所示，实施例1‐3和对比例的实验测试结果如表1所示。从实验结果来看，实施例2所获得的活性碳材料具有均匀的颗粒尺寸，875m
/g的比表面积，制得的超级电容器具有405.34f/g的放电比容量，具有良好的循环稳定性。表1
综上所述，采用本发明所提供的以酸溶液浸泡生物质废弃料后于开放体系中溶剂热反应的方法：一方面，以生物质废弃料为处理对象，实现了资源的回收利用，有效减少环境污染，降低生产成本；另一方面，制备工艺简单，流程简便，成本低，得到的活化碳产物具有良好的电化学性能，可以用于能源储存领域；原料来源广泛，生产工艺简单，适合工业化推广应用。AG真人 AG平台AG真人 AG平台AG真人 AG平台
