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(duì)超級(jí)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(jí)活性炭中去除鉀離子，以期大大提高超級(jí)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(duì)于將鉀離子分散到溶液中是有效的，但是氧化過(guò)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(lái)降低活性炭中的鉀離子含量。鉀離子含量對(duì)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(guò)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(guò)的樣品在120℃真空條件下干燥過(guò)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(duì)應(yīng)于水，氯化氫和氧化- 超聲處理。

　　影響鉀離子去除過(guò)程的因素

　　鹽酸處理對(duì)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(shì)。過(guò)量的酸根離子導(dǎo)致鉀離子在電雙層過(guò)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(duì)活性炭的鉀離子含量的影響。

　　氧化-超聲波處理對(duì)活性炭的鉀離子含量的影響

　　然后對(duì)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(duì)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(guò)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(shuō)H2O2處理對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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。

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