论文部分内容阅读
本文以热处理后的松香改性煤沥青为原料,采用KOH化学活化法制备高比表面积活性炭(HSAAC)。研究了经松香改性、热处理、预氧化处理后煤沥青的结构与性能的变化。系统地考察了松香的用量、碱炭比、活化温度、活化时间对HSAAC的比表面积、孔结构、收率及吸附性能的影响。将所制备的HSAAC制成应用于双电层电容器(EDLC)的活性炭电极,研究了其在KOH电解液中的循环伏安特性、恒流充放电性能,并考察活化工艺对EDLC活性炭电极的比电容、充放电性能的影响。利用FT-IR、元素分析、XRD、偏光显微镜等考察煤沥青改性处理后的结构与性能的变化。结果表明:松香改性后煤沥青的H/C比得到提高,为中间相小球的形成创造了条件;热处理后煤沥青中出现大量的中间相小球;预氧化后热缩聚煤沥青生成了酮基、醛基、羧基、醚键等含氧官能团,使产物彼此交联,缩合程度进一步提高,保证了煤沥青中间相小球在后续活化过程中不发生熔融变形。煤沥青的改性处理以及活化工艺条件对HSAAC的结构与性能都有重要的影响。研究发现:随着松香用量的增加、碱炭比的增加、活化温度的提升、活化时间的延长,活性炭的孔容、BET比表面积呈现先增大后减小的趋势,在碱炭比为7:1、活化温度为850℃、活化时间为90min处HSAAC的比表面积达到最大值;HSAAC的吸附性能与比表面积变化趋势基本保持一致;随着活化程度的提升,活性炭的平均孔径、中孔含量变大。通过电化学性能测试发现,沥青基HSAAC是一种理想的EDLC电极活性材料,其比表面积、孔结构及孔径分布是决定EDLC电极的电化学性能的主要因素。研究表明:以改性煤沥青为原料制得的活性炭电极具有良好的电化学性能,与普通煤沥青制得的炭电极相比,其比电容大幅度提升;沥青基HSAAC电极的电化学性能与其比表面积及孔结构密切相关;沥青基HSAAC的比电容随着碱炭比增大、活化温度升高、活化时间延长均呈现先增大后减小的趋势,在松香添加量为10%,碱炭比为7/1,活化温度为850℃,活化时间为90min处获得最大单电极质量比电容203 F/g。