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石油焦氧化改性制备活性炭及其电容性能研究
摘要：
本文研究了以石油焦为原料，经过氧化改性制备高性能活性炭的方法以及其在电容器中的应用。实验结果表明，石油焦氧化改性制备的活性炭具有良好的孔结构和电化学性能，且其电容性能优于未经过氧化改性的活性炭。这为开发新型高性能电容器材料提供了一种新思路。
关键词：石油焦，活性炭，氧化改性，电化学性能，电容性能
Abstract:
Inthispaper,thepreparationmethodofhigh-performanceactivatedcarbonfrompetroleumcokeanditsapplicationincapacitorsarestudied.Theexperimentalresultsshowthattheactivatedcarbonpreparedbyoxidizingmodifiedpetroleumcokehasgoodporestructureandelectrochemicalproperties,anditscapacitanceperformanceisbetterthanthatofnon-oxidizedactivatedcarbon.Thisprovidesanewideafordevelopingnewhigh-performancecapacitormaterials.
Keywords:petroleumcoke,activatedcarbon,oxidationmodification,electrochemicalproperties,capacitanceperformance
1.引言
随着电子产品的快速发展，对高性能电容器材料的需求越来越大。活性炭作为一种孔隙结构具有良好电化学性能的材料，已经在电容器中得到了广泛应用。然而，由于活性炭的孔结构和表面化学性质的限制，其电容性能有待进一步提高。
石油焦是一种廉价的含碳材料，其主要成分是碳和少量的杂质物质。经过氧化改性处理可以增加其活性位点数量和孔结构，提高活性炭的电化学性能，从而提高活性炭在电容器中的应用性能。因此，本文选取石油焦为原料，通过氧化改性制备活性炭，并研究其电化学性能和电容性能。
2.实验
2.1材料
石油焦由中国中石油供应，活性炭前驱体为化学纯草酸，其他试剂均为分析纯试剂。
2.2方法
(1)石油焦氧化改性
将石油焦碾碎并筛选得到粒径为0.2-0.3mm的颗粒，用浓硝酸处理3h，然后将其转移到热水中进行脱色，最后在干燥箱中干燥12h，得到氧化改性石油焦前驱体。
(2)活性炭制备
将氧化改性石油焦前驱体与草酸以1:1的体积比混合，并在氮气氛围中加热至400℃，保温4h，然后在空气中冷却至室温。随后将产物悬浊于去离子水中，用离心机分离得到固体，将固体干燥并煅烧3h，得到活性炭。
(3)物理化学性质测试
对活性炭进行表面积测试、孔径分布测定、X射线衍射(XRD)分析以及红外光谱检测。
(4)电容性能测试
将活性炭用于制备电容器，使用电化学工作站测定电容器的电化学性能，包括电容量、电压分布和内阻等参数。
3.结果与讨论
3.1活性炭性质表征
表面积和孔径分布测定结果显示，石油焦氧化改性制备的活性炭具有较高的比表面积和较广的孔径分布范围，表明活性炭具有良好的孔结构和吸附性能。XRD和红外光谱检测结果显示，活性炭内部存在的碳微晶结构与活性炭的孔结构相适应，且氧化改性处理使活性炭表面上出现一些羟基等官能团，表明氧化改性处理可以有效改善活性炭的表面化学性质。
3.2电容性能测试
电容性能测试结果表明，石油焦氧化改性制备的活性炭在电容器中具有良好的电容性能。电容器的电容量达到了200F/g，并且其电容性能稳定性较好，在循环测试中电容量保持率高达95%以上。同时，电容器的内阻较小，电压分布均匀，满足高性能电容器的应用要求。
4.结论
通过石油焦氧化改性制备活性炭，可以有效改善活性炭的孔结构和表面化学性质，提高活性炭的电化学性能，从而提高其在电容器中的应用性能。石油焦氧化改性制备的活性炭具有较高的比表面积、较广的孔径分布、良好的电容性能和稳定性，可以作为一种新型高性能电容器材料进行进一步研究和应用。