申请日2014.01.27
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号H01G11/24; H01G11/86
摘要
本发明公开了一种利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法，包括以下步骤：首先将剩余污泥干燥、粉碎、过100目筛，在惰性气氛下于400～900摄氏度下煅烧1～3小时，然后去除无机物，干燥后得到超级电容器的电极材料。本发明解决了剩余污泥环境污染问题，并变废为宝，制备了高性能超级电容器的电极材料，合成工艺简单，制备成本低，原料丰富。
权利要求书
1.一种利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法，其特征在于，包 括以下步骤：
首先将剩余污泥干燥、粉碎、过100目筛，在惰性气氛下于400～900摄氏 度下煅烧1～3小时，然后去除无机物，干燥后得到超级电容器的电极材料。
2.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备超级电容器用电极材料的方法， 其特征在于，所述去除无机物，具体为：采用酸处理，去除无机物。
3.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法， 其特征在于，所述去除无机物，具体为：采用碱处理，去除无机物。
4.根据权利要求2所述的利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法， 所述酸处理为采用氢氟酸进行处理。
5.根据权利要求3所述的利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法， 所述碱处理为采用氢氧化钾进行处理。
6.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法， 其特征在于，所述剩余污泥为生活污水剩余污泥，造纸厂剩余污泥，钢铁厂剩 余污泥或电镀厂污泥。
说明书
一种利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法
技术领域
本发明涉及超级电容器的技术领域，特别涉及一种利用剩余污泥制备超级 电容器的电极材料的方法。
背景技术
全球性污染问题日趋严重，人们生存环境不断恶化，如何有效地治理环境 污染成为了人类面临和亟待解决的重大课题。水中污染物来源于工业和农业领 域，如矿场、造纸、纺织、电镀及生活污水等污染源。一方面，包含大量的有 害有机污染物和重金属离子的水污染物会对人体健康造成严重的危害;另一方 面，其进一步加剧了水资源的短缺，严重影响工农业生产及居民的日常生活。 目前用于污水处理的最有效方法是微生物降解法，通过微生物吸附、吸收和转 化过程，除水中的污染物。但微生物降解法在获得干净水的同时，也产生了大 量的复合重金属和有机污染物的剩余污泥。如何有效地处理这些带污染的剩余 污泥成为科研人员的一个急需解决的难题。
另一方面，随着能源和环境污染问题的日趋严重，发展新能源或改进能源 存储和转化方式逐渐引起研究人员的兴趣。具有高功率密度，超长使用寿命和 高安全性的超级电容器是一种解决能源转化和存储问题的理想选择。基于电荷 存储机理，超级电容器可以分为双电层电容器和基于氧化还原反应的赝电容器。 双电层电容器电极材料主要是以碳材料为主。在各种赝电容器材料中，过渡金 属氧化物和氢氧化物是一种高性能的超级电容器活性材料。因此，碳和金属元 素是超级电容器电极材料的主要成分。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用剩 余污泥制备超级电容器的电极材料的方法，合成方法简单，成本低。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种利用剩余污泥制备超级电容器的电极材料的方法，包括以下步骤：
首先将剩余污泥干燥、粉碎、过100目筛，在惰性气氛下于400～900摄氏 度下煅烧1～3小时，然后去除无机物，干燥后得到超级电容器的电极材料，得 到的超级电容器的电极材料，含有多孔碳，元素掺杂多孔碳和金属氧化物纳米 颗粒/多孔碳复合材料等。
所述去除无机物，具体为：采用酸处理，去除无机物。
所述去除无机物，具体为：采用碱处理，去除无机物。
所述酸处理为采用氢氟酸进行处理。
所述碱处理为采用氢氧化钾溶液进行处理。
所述剩余污泥包括生活污水剩余污泥，造纸厂剩余污泥，钢铁厂剩余污泥 或电镀厂污泥等。
本发明发展了利用剩余污泥制备超级电容器电极材料的技术，既解决了剩 余污泥的处理问题，又制备了高比表面积、高性能的超级电容器电极材料。由 于剩余污泥的主要组成分为无机物(氧化硅等)，有机物(微生物细胞等)和金 属离子(铁离子、铜离子、铬离子、镍离子等)，通过碳化处理，微生物细胞等 有机物转化为多孔碳材料，金属离子掺杂或负载在多孔碳上，这两种组分恰好 是超级电容器良好的电极材料。同时，由于氧化硅等无机物的存在，煅烧后碳 材料会包裹在其表面，然后通过酸或碱腐蚀处理，除去无机模板，获得多级孔 结构，有利于超级电容器电解液的扩散。因此，利用剩余污泥可以获得多孔碳 基或者碳-金属基复合超级电容器电极材料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明解决了剩余污泥环境污染问题，并变废为宝制备了高性能超级电容 器的电极材料。
2.本发明合成的电极材料具有高的比表面积、高的比电容、良好的循环稳定 性、高的功率密度和能量密度。
3.本发明的级电容器的电极材料所需的碳、氮、磷和金属元素，都全部来 源于剩余污泥。
4.本发明的合成工艺简单，制备成本低，原料丰富。