玉米基活性炭的制備及活化研究

玉米基活性炭的制備及活化研究

超級電容器也稱為電電動汽車。這是一種介于傳統(tǒng)電池和電池之間的新能源裝置。廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事設(shè)備、交通等領(lǐng)域。筆者采用填埋法將玉米芯進(jìn)行炭化，炭化產(chǎn)物經(jīng)脫灰、活化工序后制得玉米基活性炭(CAC),CAC經(jīng)過深度脫灰得到CAC-T。同時，對產(chǎn)品的灰分、比表面積及電化學(xué)性能進(jìn)行測試，研究脫灰對玉米芯活性炭電化學(xué)性能的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1.1原材料玉米芯，取自河南鄭州農(nóng)村;KOH、HCl、HF，均為分析純，洛陽市化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。1.2koh-mcmcmk活性炭的制備將玉米芯洗凈、干燥、粉碎、過篩后用填埋法于550℃進(jìn)行炭化，在濃酸中浸泡24h后抽濾、洗滌至濾液呈中性，烘干后與KOH[m(C)∶m(KOH)=1∶4]混均，在溫度為850℃下活化3h，得到的活性炭命名為CAC-T。未經(jīng)脫灰處理得到的活性炭命名為CAC。1.3材料分析1.3.1隔離測試將坩堝在馬弗爐中950℃加熱2h，干燥器中冷卻至室溫稱重(m1.3.2孔結(jié)構(gòu)分析利用美國麥克公司(Micrometrics)生產(chǎn)的ASAP2460型自動吸附儀進(jìn)行測定，以高純N1.3.3循環(huán)伏安性能利用美國PrincetonVMC-4電化學(xué)工作站測試超級電容器的循環(huán)伏安性能(電壓范圍為-0.8～0.8V)和交流阻抗(頻率范圍101.4電極的制備將所制備的活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量比為8∶1∶1混合均勻，制成面積為0.8cm2結(jié)果與討論2.1炭化玉米芯炭化物對灰的脫灰效果樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測試結(jié)果如表1所示。由表1中可以看出，原料玉米芯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.52%，經(jīng)高溫炭化后質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)6.84%，對玉米芯炭化物進(jìn)行脫灰處理后質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.39%，說明該方法的脫灰效果很明顯，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了94.3%。炭化物經(jīng)過活化后得到活性炭AC的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.79%，對CAC進(jìn)行深度脫灰后得到高純度活性炭CAC-T的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅有0.19%。2.2氣吸附脫附等溫曲線和dft孔徑分布在77K條件下CAC、CAC-T的氮?dú)馕矫摳降葴厍€和DFT孔徑分布如圖1所示。從圖1(a)中可以看出，CAC和CAC-T的吸附等溫線屬于Ⅰ型2.3不同材料的電化學(xué)特性CAC和CAC-T的循環(huán)伏安(CV)曲線如圖2所示。從圖2中可以看出，在低掃描速率(1、5、10mV/s)下，CAC和CAC-T的CV曲線均為對稱的矩形曲線，具備很好的雙電層電容特性;當(dāng)掃描速率增加到50mV/s和100mV/s時，CAC-T的CV曲線仍然為對稱的矩形曲線，而CAC的CV曲線發(fā)生了變形，表明在較高的掃描速率下，CAC-T比CAC具有更好的循環(huán)伏安特性。2.4催化劑的類型及用量CAC和CAC-T在的交流阻抗譜圖如圖3所示。從圖3中可以看出，CAC、CAC-T在高頻區(qū)與實(shí)軸的截距均<1Ω，說明2種活性炭均有良好的導(dǎo)電性。而在中頻區(qū)半圓弧CAC-T直徑<CAC直徑，表明CAC-T的介孔比例較高，孔徑分布合理，使得離子在遷移擴(kuò)散過程中所受電阻較小;低頻區(qū)和CAC-T均為近乎垂直于實(shí)軸的直線，表明兩者都具有理想的電容性能2.5超級電容器t曲線在1A/g的電流密度下的恒流充放電曲線如圖4所示。由圖4中可以看出，電位-時間曲線近似呈三角，且CAC-T比CAC具有更好的線性。超級電容器單電極的比電容量C其中:C根據(jù)式(1)和式(2)計算所得的AC-T和AC電極在電流密度為1A/g時的單電極比容量分別為256.1F/g和248.2F/g。與Genovese等2.6首次充放電循環(huán)性能在電流密度恒定為1A/g的條件進(jìn)行10000次循環(huán)充放電測試，得到的比容量相對循環(huán)次數(shù)變化曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，CAC單電極首次充放電循環(huán)的比容量達(dá)248.2F/g，充放電過程中比容量有小幅度的波動，10000次充放電后比容量為232.3F/g，容量保持率為93.6%;CAC-T電極的單電極首次充放電循環(huán)時的比容量達(dá)256.1F/g,10000次循環(huán)后比容量為255.8F/g，容量保持率為99.9%，表現(xiàn)出非常好的循環(huán)性能。由此可以看出，脫灰處理后的活性炭材料具有更好的循環(huán)性能。3cac-t比表面積以玉米芯為原料，采用填埋法制備得到玉米芯基活性炭CAC，再經(jīng)脫灰處理制備高純度活性炭CAC-T。與CAC相比，CAC-T的比表面積較大且電化學(xué)性能更優(yōu)異，具有更好的雙電層電容特性，電阻小且比容量高，首次