本發(fā)明屬于活性炭制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
超級電容器是一種無污染、零排放的綠色能源器件，它的儲能性能在二次電池與傳統(tǒng)靜電電容器之間，兼有高功率密度、高能量密度和長壽命的特點，隨著中國工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，新能源無污染的電容器符合現(xiàn)在的工業(yè)要求，超級電容器在電動汽車、風能、智能電網(wǎng)、后備電源等諸多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。
影響超級電容器性能的關(guān)鍵因素是超級電容器的電極，而電極性能主要與兩個方面有關(guān)，一是電極所使用的原材料的特性，二是電極的成型工藝?；钚蕴渴悄壳耙呀?jīng)商業(yè)化的最主要電極原材料，因其來源廣泛、孔隙豐富以及具備高的比表面積而被廣泛應(yīng)用。但限于活性炭材料本身的特性，進一步提高容量受到限制。為解決這一問題，近年來一些新型材料如碳納米管、石墨烯等成為研究熱點，但囿于成本、技術(shù)等因素，這些新型材料距離商業(yè)化應(yīng)用還有大量的工作要做。因此，如何在現(xiàn)有成熟原材料的基礎(chǔ)上，通過改善或開發(fā)新的電極成型工藝從而達到提高電極性能的目的。
為解決上述問題，如中國專利申請（授權(quán)號：cn102074377b）公開了“一種用于超級電容器的活性炭/低維鐵氧化物復合電極材料”，采用廉價的工業(yè)級二氧化鐵和活性炭為原材料，以微波化學水熱法制備材料前驅(qū)體，經(jīng)過稀酸、去離子水和乙醇充分洗滌后，在惰性氣體保護下低溫熱處理后得到活性炭/低維鐵氧化物復合電極材料。該發(fā)明適合作為超級電容器的電極材料，但是只是局限于實驗室的研究，如何放大到工業(yè)量產(chǎn)化還需要繼續(xù)努力。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
（1）要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的電容器容量低、漏電流大、使用壽命短的缺點，為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝，首先通過預處理得到炭化料，活化過程中采用微波活化方式得到高比表面積活性炭，再通過超級洗滌方式洗去金屬雜質(zhì)，最后再通過微波熱處理去除表面官能團后得到高品質(zhì)活性炭。
（2）技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了這樣一種高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝，工藝流程包括預處理、活化、洗滌、酸浸、干燥、磨粉混合，具體包括以下步驟：
a.預處理：將炭化原料（果殼、木炭或石油焦）投送至粉碎機進行初步粉碎，粉碎過程中噴入質(zhì)量分數(shù)為13%~15%的氨水溶液，所述氨水溶液和所述炭化原料的質(zhì)量比為1：15~20，粉碎工序完成后，將所述炭化原料與質(zhì)量分數(shù)27%~29%的koh溶液按質(zhì)量比為1:2.6~2.8的比例在300~400℃溫度下在反應(yīng)罐中進行攪拌預處理3~6h，獲得炭化料；
b.活化：所述炭化料充分捏合固化后，將所述炭化料投送至微波反應(yīng)爐中，對微波反應(yīng)爐進行抽真空，抽取真空度到0.05~0.15，然后通入co2，所述微波反應(yīng)爐中氣壓達到大氣壓值后，程序升溫至600~800℃，升溫速率12~15℃/min，微波活化10~15h；
c.洗滌：將經(jīng)b步驟所得的活化料下料至容器中，加入純化水攪拌成炭漿，固液質(zhì)量比為1：0.2~0.4，然后在超級洗滌設(shè)備下加入純化水進行洗滌作業(yè)，固液質(zhì)量比為1：3~5，過濾得到洗滌后的炭漿，回收k2co3濾液；
d.酸浸：將所得炭漿與質(zhì)量分數(shù)為5%~10%的鹽酸混合成炭含量為9%~13%的炭漿，再加入質(zhì)量分數(shù)為5%鹽酸配成炭含量為2%~8%的炭漿，在80~95℃下加熱反應(yīng)1~3h，連續(xù)式抽濾反應(yīng)罐下的濾液得到濕炭；
e.干燥：將所得濕炭在微波烘干爐中50~90℃進行預烘干，程序升溫速率為5~8℃/min，在所述微波烘干爐中50~90℃保溫0.1-0.3h，再將所述濕炭在微波烘干爐中600~700℃進行烘干，程序升溫速率為10~15℃/min，在微波烘干爐中600~700℃保溫0.5-1h，徹底除去水分得到粗成品；
f.磨粉混合：烘干后的粗成品在氣流粉碎機中磨至工業(yè)化使用要求，積累多批次所述粗產(chǎn)品在混合機中混合均勻，然后包裝成產(chǎn)品。
優(yōu)選地，在步驟b中，所述捏合固化是指在捏合機中捏合、破碎、攪拌、固化成塊。
優(yōu)選地，在步驟d中，所述連續(xù)式抽濾是指在酸浸過程反應(yīng)完成后，靜置0.2-0.5h，然后連續(xù)式抽濾得到濕炭。
（3）有益效果
本發(fā)明的有益效果：
1、通過氨水這種弱性堿先初步預炭化，再利用強堿koh進一步炭化得到性能優(yōu)良的炭化料，較國外進口蒸汽法炭（長壽命型），壽命上相近，但體積電容量比其大20%；
2、這種工藝生產(chǎn)得到的活性炭在70℃下1000h體積電容量衰減為18.9%，而進口堿法炭體積電容量衰減為25%，行業(yè)標準為衰減≤30%，電容量與國外進口堿法炭相近時，但是壽命卻比國外進口堿法炭長，衰減率更低；
3、通過微波爐活化與酸浸中和得到了高比表面積活性炭，酸浸可以去除活性炭表面官能團，超級洗滌工序可以去除金屬雜質(zhì)，防止雜質(zhì)影響電容器的容量和壽命，保證了電容器電極材料的純度。
附圖說明
圖1為高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行進一步清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。
實施例一
為了解決上述技術(shù)問題，本實施例一提供了這樣一種高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝，工藝流程包括預處理、活化、洗滌、酸浸、干燥、磨粉混合，如圖1所示，具體包括以下步驟：
a.預處理：將15kg炭化原料（果殼、木炭或石油焦）投送至粉碎機進行初步粉碎，粉碎過程中噴入質(zhì)量分數(shù)為13%的氨水溶液，所述氨水溶液和所述炭化原料的質(zhì)量比為1：15，粉碎工序完成后，將所述炭化原料與質(zhì)量分數(shù)27%的koh溶液按質(zhì)量比為1:2.6的比例在300℃溫度下在反應(yīng)罐中進行攪拌預處理3h，獲得炭化料；
b.活化：所述炭化料充分捏合固化后，將所述炭化料投送至微波反應(yīng)爐中，對微波反應(yīng)爐進行抽真空，抽取真空度到0.05，然后通入co2，所述微波反應(yīng)爐中氣壓達到大氣壓值后，程序升溫至600℃，升溫速率12℃/min，微波活化10h；
c.洗滌：將經(jīng)b步驟所得的活化料下料至容器中，加入純化水攪拌成炭漿，固液質(zhì)量比為1：0.2，然后在超級洗滌設(shè)備下加入純化水進行洗滌作業(yè)，固液質(zhì)量比為1：3，過濾得到洗滌后的炭漿，回收k2co3濾液；
d.酸浸：將所得炭漿與質(zhì)量分數(shù)為5%的鹽酸混合成炭含量為9%的炭漿，再加入質(zhì)量分數(shù)為5%鹽酸配成炭含量為2%的炭漿，在80℃下加熱反應(yīng)1h，連續(xù)式抽濾反應(yīng)罐下的濾液得到濕炭；
e.干燥：將所得濕炭在微波烘干爐中50℃進行預烘干，程序升溫速率為5℃/min，在所述微波烘干爐中50℃保溫0.1h，再將所述濕炭在微波烘干爐中600℃進行烘干，程序升溫速率為10℃/min，在微波烘干爐中600℃保溫0.5h，徹底除去水分得到粗成品；
f.磨粉混合：烘干后的粗成品在氣流粉碎機中磨至工業(yè)化使用要求，積累多批次所述粗產(chǎn)品在混合機中混合均勻，然后包裝成產(chǎn)品。
在步驟b中，所述捏合固化是指在捏合機中捏合、破碎、攪拌、固化成塊。
在步驟d中，所述連續(xù)式抽濾是指在酸浸過程反應(yīng)完成后，靜置0.2h，然后連續(xù)式抽濾得到濕炭。
實施例二
一種高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝，工藝流程包括預處理、活化、洗滌、酸浸、干燥、磨粉混合，如圖1所示，具體包括以下步驟：
a.預處理：將15kg炭化原料（果殼、木炭或石油焦）投送至粉碎機進行初步粉碎，粉碎過程中噴入質(zhì)量分數(shù)為14%的氨水溶液，所述氨水溶液和所述炭化原料的質(zhì)量比為1：18，粉碎工序完成后，將所述炭化原料與質(zhì)量分數(shù)28%的koh溶液按質(zhì)量比為1:2.7的比例在350℃溫度下在反應(yīng)罐中進行攪拌預處理4.5h，獲得炭化料；
b.活化：所述炭化料充分捏合固化后，將所述炭化料投送至微波反應(yīng)爐中，對微波反應(yīng)爐進行抽真空，抽取真空度到0.1，然后通入co2，所述微波反應(yīng)爐中氣壓達到大氣壓值后，程序升溫至700℃，升溫速率14℃/min，微波活化13h；
c.洗滌：將經(jīng)b步驟所得的活化料下料至容器中，加入純化水攪拌成炭漿，固液質(zhì)量比為1：0.3，然后在超級洗滌設(shè)備下加入純化水進行洗滌作業(yè)，固液質(zhì)量比為1：4，過濾得到洗滌后的炭漿，回收k2co3濾液；
d.酸浸：將所得炭漿與質(zhì)量分數(shù)為7%的鹽酸混合成炭含量為10%的炭漿，再加入質(zhì)量分數(shù)為5%鹽酸配成炭含量為5%的炭漿，在90℃下加熱反應(yīng)2h，連續(xù)式抽濾反應(yīng)罐下的濾液得到濕炭；
e.干燥：將所得濕炭在微波烘干爐中70℃進行預烘干，程序升溫速率為6℃/min，在所述微波烘干爐中70℃保溫0.2h，再將所述濕炭在微波烘干爐中650℃進行烘干，程序升溫速率為12℃/min，在微波烘干爐中650℃保溫0.8h，徹底除去水分得到粗成品；
f.磨粉混合：烘干后的粗成品在氣流粉碎機中磨至工業(yè)化使用要求，積累多批次所述粗產(chǎn)品在混合機中混合均勻，然后包裝成產(chǎn)品。
在步驟b中，所述捏合固化是指在捏合機中捏合、破碎、攪拌、固化成塊。
在步驟d中，所述連續(xù)式抽濾是指在酸浸過程反應(yīng)完成后，靜置0.4h，然后連續(xù)式抽濾得到濕炭。
實施例三
一種高容量長壽命超級電容器用活性炭生產(chǎn)工藝，工藝流程包括預處理、活化、洗滌、酸浸、干燥、磨粉混合，如圖1所示，具體包括以下步驟：
a.預處理：將15kg炭化原料（果殼、木炭或石油焦）投送至粉碎機進行初步粉碎，粉碎過程中噴入質(zhì)量分數(shù)為15%的氨水溶液，所述氨水溶液和所述炭化原料的質(zhì)量比為1：20，粉碎工序完成后，將所述炭化原料與質(zhì)量分數(shù)29%的koh溶液按質(zhì)量比為1:2.8的比例在400℃溫度下在反應(yīng)罐中進行攪拌預處理6h，獲得炭化料；
b.活化：所述炭化料充分捏合固化后，將所述炭化料投送至微波反應(yīng)爐中，對微波反應(yīng)爐進行抽真空，抽取真空度到0.15，然后通入co2，所述微波反應(yīng)爐中氣壓達到大氣壓值后，程序升溫至800℃，升溫速率15℃/min，微波活化15h；
c.洗滌：將經(jīng)b步驟所得的活化料下料至容器中，加入純化水攪拌成炭漿，固液質(zhì)量比為1：0.4，然后在超級洗滌設(shè)備下加入純化水進行洗滌作業(yè)，固液質(zhì)量比為1：5，過濾得到洗滌后的炭漿，回收k2co3濾液；
d.酸浸：將所得炭漿與質(zhì)量分數(shù)為10%的鹽酸混合成炭含量為13%的炭漿，再加入質(zhì)量分數(shù)為5%鹽酸配成炭含量為8%的炭漿，在95℃下加熱反應(yīng)3h，連續(xù)式抽濾反應(yīng)罐下的濾液得到濕炭；
e.干燥：將所得濕炭在微波烘干爐中90℃進行預烘干，程序升溫速率為8℃/min，在所述微波烘干爐中90℃保溫0.3h，再將所述濕炭在微波烘干爐中700℃進行烘干，程序升溫速率為15℃/min，在微波烘干爐中700℃保溫1h，徹底除去水分得到粗成品；
f.磨粉混合：烘干后的粗成品在氣流粉碎機中磨至工業(yè)化使用要求，積累多批次所述粗產(chǎn)品在混合機中混合均勻，然后包裝成產(chǎn)品。
在步驟b中，所述捏合固化是指在捏合機中捏合、破碎、攪拌、固化成塊。
在步驟d中，所述連續(xù)式抽濾是指在酸浸過程反應(yīng)完成后，靜置0.5h，然后連續(xù)式抽濾得到濕炭。
通過檢測，在實施例一中，得到的產(chǎn)品在70℃下1000h體積電容量衰減為20.2%；在實施例二中，得到的產(chǎn)品在70℃下1000h體積電容量衰減為18.9%；在實施例三中，得到的產(chǎn)品在70℃下1000h體積電容量衰減為19.5%；進口堿法炭體積電容量衰減為25%，行業(yè)標準為衰減≤30%。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形、改進及替代，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。