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活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

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活性炭中去除鉀離子
文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時(shí)間:2018-1-11 15:09:36

  活性炭中去除鉀離子,為了生產(chǎn)超低電容量的低鉀離子(K+)的純活性炭,在鹽酸(HCl)洗滌的基礎(chǔ)上,采用新型氧化-超聲波處理方法處理由氫氧化鉀活化的椰殼活性炭。之所以活性炭產(chǎn)品展現(xiàn)出高鉀離子由于氫氧化鉀活化的工藝限制,導(dǎo)致已經(jīng)形成的活性炭孔隙被阻塞,這對超級電容器的比電容和循環(huán)壽命有負(fù)面影響。因此,有必要從交流電中的超級活性炭中去除鉀離子,以期大大提高超級電容器的電化學(xué)性能。

  一般情況下,活性炭中存在的鉀離子常常在孔隙中擴(kuò)散,氯化氫洗滌不能有效去除。盡管超聲波振蕩對于將鉀離子分散到溶液中是有效的,但是氧化過程能夠減弱活性炭孔壁與鉀離子之間的作用力,導(dǎo)致活性炭樣品的深度凈化。因此,在利用新型的氧化-超聲波處理來降低活性炭中的鉀離子含量。鉀離子含量對活性炭性能的影響將體現(xiàn)在物理和電化學(xué)性能上。

  從活性炭樣品中去除鉀離子

  鉀離子的移除過程中包含兩個(gè)步驟。在第一步中,分別用100ml 0.3,0.5,0.7,1.0和1.2wt%的HCl溶液浸漬2.0g所獲得的活性炭。然后將混合物在電熱恒溫水箱中在80℃下攪拌30-150分鐘。氧化-超聲波處理用于在第二步中深度凈化氯化氫洗滌的活性炭。在超聲波振蕩器中,將100ml不同重量比的0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0重量%的H2O2溶液與2.0g 氯化氫洗滌的活性炭在10-80℃混合2-10小時(shí)。最終處理過的樣品在120℃真空條件下干燥過夜。之后,所得活性炭樣品分別被命名為ac-W,AC-WH和AC-WHU,分別對應(yīng)于水,氯化氫和氧化- 超聲處理。

  影響鉀離子去除過程的因素

  鹽酸處理對交流鉀離子含量的影響

  在本文中,首先用氯化氫溶液處理活性炭(AC-W)樣品以除去鉀離子。詳細(xì)研究了氯化氫溶液的處理時(shí)間和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。從圖1(a)可以看出,氯化氫溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鉀離子含量之間的關(guān)系為90 min。圖中還顯示隨著氯化氫溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到1.0 wt%,鉀離子含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。過量的酸根離子導(dǎo)致鉀離子在電雙層過程中從交流困難中消除,形成于鉀離子表面。因此,HCl溶液的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0重量%。

  圖1(b)顯示了鉀離子含量與HCl溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 wt%的處理時(shí)間之間的關(guān)系。鉀離子含量從1242mg / kg顯著降低到417mg / kg,處理時(shí)間從30min增加到2h,2h后不再發(fā)生變化。因此,選擇120 min的處理時(shí)間和1.0 wt%的HCl溶液作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)的最佳處理?xiàng)l件,相應(yīng)的活性炭樣品稱為AC-WH 1%/ 120min。

  圖1。氯化氫溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和處理時(shí)間對活性炭的鉀離子含量的影響。

  氧化-超聲波處理對活性炭的鉀離子含量的影響

  然后對活性炭(AC-WH 1%/ 120min)進(jìn)行氧化 - 超聲處理以深度除去鉀離子。研究了H2O2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù),超聲溫度和超聲時(shí)間對活性炭中鉀離子含量的影響。得到的結(jié)果和圖2所示。H2O2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在超聲時(shí)間6小時(shí)和超聲溫度60℃下在0-1.0重量%的范圍內(nèi)。表明不含H2O2的活性炭的鉀離子含量處理量為256 mg / kg,大大低于活性炭(AC-WH 1%/ 120min)和417 mg / kg,這與超聲波作用能夠加速固體間的液體傳質(zhì)過程,促使交流孔內(nèi)的一些非碳化物質(zhì)與鉀離子一起分散到溶液中。從圖2(a)可以看出,活性炭的鉀離子含量從256顯著降低到61 mg / kg,此后當(dāng)H2O2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到0.6 wt%時(shí),基本保持不變。。因此,可以說H2O2處理對生產(chǎn)低鉀離子含量的活性炭有很大的影響。一方面,作為氧化劑,H2O2溶液可以減小鉀離子和活性炭孔壁之間的作用力,使其容易轉(zhuǎn)移到溶液中。另一方面,活性炭中的鉀離子可以與一些有機(jī)基團(tuán)以化學(xué)鍵的形式共存,這些有機(jī)基團(tuán)可以通過H2O2溶液的存在而被破壞,使得可以有效的去除活性炭中的鉀離子。

  圖2。(a)H2O2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù),(b)超聲溫度和(c)超聲時(shí)間對活性炭的鉀離子含量的影響。

  這次內(nèi)容中,使用新型的氧化-超聲波過程深層去除活性炭的鉀離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用1.0%氯化氫溶液洗滌活性炭樣品120分鐘,然后用0.6wt%H2O2溶液在60℃下在超聲波振蕩器中處理8h具有非常低的鉀離子含量約46毫克/公斤。

文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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