本發(fā)明涉及雜化炭纖維技術領域，特別涉及一種用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法。

背景技術：

炭纖維具有孔隙結構發(fā)達、熱力學性能穩(wěn)定、價廉且易實現(xiàn)產業(yè)化等優(yōu)勢，被廣泛應用于超級電容器的研究，以此來應對日益嚴峻的能源和環(huán)境問題。但是由于木材結構比較復雜，傳統(tǒng)技術難以實現(xiàn)木質基炭材料形貌和孔結構的可控制備，影響其在超級電容器中的應用。

通過造紙手段將木材無定形微觀結構轉化為纖維結構，并結合雜化技術控制炭材料的結構和組成等特征，以此提高炭材料的導電性，潤濕性和活性位點，進而增強超級電容器的比電容，倍率性能和穩(wěn)定性，制備出具有高能量密度和功率密度的碳基超級電容器。因此，對木材基纖維紙進行簡單高效的金屬化合物的摻雜可以優(yōu)化其性能，提高材料表面活性位點從而進一步實現(xiàn)高能量密度和高功率密度的超級電容器的制備。

造紙作為中國具有悠久的歷史以及傳統(tǒng)的工藝，在國民經濟中具有一定的地位和作用，得到的紙張具有吸附能力強，柔韌性可控等優(yōu)點；同時可以通過造紙工藝將木材這一無定形的微觀結構轉換為微觀纖維狀結構。同時，造紙工藝成本較低，效率很高，在很多應用方面表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能，已成為一種成熟傳統(tǒng)的商業(yè)工藝。此外，化學鍍方法，僅需浸漬的方式就可將金屬氧化物及金屬負載在纖維紙張上，進一步通過簡單的煅燒方法形成雜化纖維炭紙材料，此方法簡單，高效，具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

歐洲專利（ep1009048）介紹了一種用于燃料電池的炭纖維紙的制備方法。主要是通過混合具有導電結構的石墨結構制備炭纖維紙，并應用于燃料電池。此方法要求的制備條件相對比較復雜，且混合會導致導電不均勻，具有一定的應用局限性。

韓國專利（kr20140092154）介紹了一種沉積pan纖維的方法制備炭纖維，涉及到炭纖維領域。通過將pan纖維進行沉析方法形成炭纖維紙，孔隙度大，提高了紙張增強性，且提高了紙張的彈性系數(shù)。此方法具有重要的研究意義，相對制備條件復雜，成本較高，可控性較差。

日本專利（wo2003087470）介紹了一種炭纖維與多孔炭相結合的方法制備燃料電池。此方法設計到結合反應，通過制備二次混合結合提高燃料電池性能。燃料電池的性能效果好，但耗用成本較高，且會混合不均勻，需開發(fā)一種成本低，混合均勻且高效的方法。

公開號cn102146641a的中國專利介紹了碳納米管植入法改性炭纖維紙的制造工藝。通過先分散制備好的或商業(yè)化的碳納米管，用酚醛樹脂溶液作粘接劑，把分散好的碳納米管均勻地涂覆在用傳統(tǒng)方法制備的炭紙表面，碳納米管就會被粘接到炭紙上，因為具有“釘扎作用”碳納米管會垂直于附著的炭紙表面，再炭化；最后還可以用化學氣相沉積的方法，通過沉積熱解炭把碳納米管牢固地固定在炭紙的表面。該發(fā)明專利可以大面積地、批量化地在炭紙表面植入碳納米管，該方法不僅成本低，操作簡單，而且可以顯著地增加碳納米管在炭紙表面的附著力，使得碳納米管不易剝落，而且不會帶入其它不利的元素。但是此方法需要涂覆、粘接再炭化的方式，使其不可控因素太多，有待于工藝簡單化。

公開號為cn1598141的中國專利介紹了一種炭纖維紙及其制法。采用將分散劑、一次粘結劑、炭纖維絲混合物放入水中，打漿形成懸浮液，用常規(guī)濕法抄紙技術將懸浮液進行抄紙，將成型紙在二次粘結劑溶液中浸漬，浸漬后的碳紙在干燥，炭化。該發(fā)明專利具有制備工藝簡單、電阻率低、強度高、可實現(xiàn)工業(yè)化生產的優(yōu)點。此方法制備過程簡單、可循環(huán)使用。然而對炭纖維的分散性與紙張的結合性以及比表面積等方法的突破仍有待于研究。

公開號cn1598142的中國專利介紹了一種炭纖維紙及其制備方法。此方法采用將分散劑、纖維素漿、炭纖維絲混合物打漿形成懸浮液，用常規(guī)濕法抄紙技術將懸浮液進行抄紙，將紙在無機催化劑溶液中浸漬，再在粘結劑溶液中浸漬,浸漬后的紙干燥，炭化。該發(fā)明專利具有電阻率低、導電率高、強度高、制備方法簡單的優(yōu)點。此方法操作簡單，周期短，合成效率高，重復性好，且對環(huán)境綠色無污染，應用在燃料電池催化劑，導電材料領域。然而，其合成效率較低，重復性一般，需要考慮結合度等因素。

綜上所述，選用常見的木質生物質為前驅體通過成熟的轉化技術、簡單的雜化方法，精確的煅燒工藝制備新型雜化纖維炭紙張，且用于超級電容器的初步研究，簡單制備工藝，省時節(jié)能、高效易產業(yè)化備受關注?；诖?，本發(fā)明提出了一種用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法，選用常見的木材為前驅體，通過抄紙技術、化學鍍浸漬，煅燒工藝制備，簡單，高效的制備出用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種使用方便，靈活，高效的用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法。

本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的：

一種用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）以木材為前驅體，通過造紙工藝，木材經蒸煮形成漿料；

（2）漿料經洗滌、篩選、打漿形成紙漿，然后經抄片機抄紙過程形成纖維紙張；

（3）將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液中，完成金屬負載反應后干燥，得到雜化纖維紙張；

（4）在氮氣保護下，將得到的雜化纖維紙張高溫煅燒，形成新型雜化纖維炭紙材料；得到的新型雜化纖維炭紙材料具有一定的導電性能及電化學穩(wěn)定性，可以應用于超級電容器領域。

所述步驟（1）中，以針葉或者落葉松為前驅體，采用傳統(tǒng)的造紙工藝，木屑用12%~18%氫氧化鈉溶液，在150~180℃蒸煮2~4h形成漿料。

所述步驟（2）中，先將漿料用清水洗滌至ph=7，然后用篩漿機除去未成漿的固體木渣，并通過打漿完成細纖維化過程，打漿度為20~60°sr，抄片機抄紙過程的成紙定量為30g/m2~120g/m2。

所述步驟（3）中，化學鍍ni溶液由niso4，亞氨基二乙酸，naoh溶液，n2h4和去離子水組成；纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液中，于60℃~80℃下反應1h，然后在80~100℃溫度下干燥得到雜化纖維紙張。

所述化學鍍ni溶液由100~200mgniso4，100~200mg亞氨基二乙酸，100~200μl質量分數(shù)為32%的naoh溶液，400~600μln2h4，10~20ml去離子水組成。

所述步驟（4）中，雜化纖維紙張在氮氣保護下，700~900℃高溫煅燒2h后形成新型雜化纖維炭紙材料。

本發(fā)明的有益效果是：該用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法，以木材為原料，原料豐富，節(jié)能降耗；通過抄紙工藝使其結構形成纖維狀，再經簡單的化學鍍和炭化方法，高效的形成穩(wěn)定的雜化炭纖維紙，拓寬了生物質能源形貌可控的研究、生物質基炭材料的制備以及超級電容器的應用領域。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖1為本發(fā)明新型雜化纖維炭紙基超級電容器的循環(huán)伏安曲線圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

該用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法，包括以下步驟：

（1）以木材為前驅體，通過造紙工藝，木材經蒸煮形成漿料；

（2）漿料經洗滌、篩選、打漿形成紙漿，然后經抄片機抄紙過程形成纖維紙張；

（3）將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液中，完成金屬負載反應后干燥，得到雜化纖維紙張；

（4）在氮氣保護下，將得到的雜化纖維紙張高溫煅燒，形成新型雜化纖維炭紙材料；得到的新型雜化纖維炭紙材料具有一定的導電性能及電化學穩(wěn)定性，可以應用于超級電容器領域。

所述步驟（1）中，以針葉或者落葉松為前驅體，采用傳統(tǒng)的造紙工藝，木屑用12%~18%氫氧化鈉溶液，在150~180℃蒸煮2~4h形成漿料。

所述步驟（2）中，先將漿料用清水洗滌至ph=7，然后用篩漿機除去未成漿的固體木渣，并通過打漿完成細纖維化過程，打漿度為20~60°sr，抄片機抄紙過程的成紙定量為30g/m2~120g/m2。

所述步驟（3）中，化學鍍ni溶液由niso4，亞氨基二乙酸，naoh溶液，n2h4和去離子水組成；纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液中，于60℃~80℃下反應1h，然后在80~100℃溫度下干燥得到雜化纖維紙張。

所述化學鍍ni溶液由100~200mgniso4，100~200mg亞氨基二乙酸，100~200μl質量分數(shù)為32%的naoh溶液，400~600μln2h4，10~20ml去離子水組成。

所述步驟（4）中，雜化纖維紙張在氮氣保護下，700~900℃高溫煅燒2h后形成新型雜化纖維炭紙材料。

實施例1：

選用落葉松為前驅體，木屑用質量分數(shù)為12%的氫氧化鈉溶液，在180℃蒸煮4h形成漿料，再經去離子水洗滌至ph=7、篩漿機篩選、打漿形成紙漿，打漿度為60°sr，最后經經抄片機抄紙過程形成紙張，成紙定量為120g/m2。將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液（100mgniso4，100mg亞氨基二乙酸，200μl32%濃度的naoh溶液，500μln2h4，10ml去離子水）中完成金屬負載，80℃反應1h。經100℃干燥后，得到雜化纖維紙張，再在氮氣保護下，700℃煅燒溫度下煅燒2h后形成炭材料得到新型雜化纖維炭紙，且能有效的應用于超級電容器。

實施例2：

選用落葉松為前驅體，木屑用質量分數(shù)為15%的氫氧化鈉溶液，在160℃蒸煮3h形成漿料，再經去離子水洗滌至ph=7、篩漿機篩選、打漿形成紙漿，打漿度為50°sr，最后經經抄片機抄紙過程形成紙張，成紙定量為100g/m2。將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液（150mgniso4，150mg亞氨基二乙酸，200μl32%濃度的naoh溶液，600μln2h4，20ml去離子水）中完成金屬負載，80℃反應1h。經90℃干燥后，得到雜化纖維紙張，再在氮氣保護下，700℃煅燒溫度下煅燒2h后形成炭材料得到新型雜化纖維炭紙，且能有效的應用于超級電容器。

實施例3：

選用落葉松為前驅體，木屑用質量分數(shù)為18%的氫氧化鈉溶液，在150℃蒸煮2h形成漿料，再經去離子水洗滌至ph=7、篩漿機篩選、打漿形成紙漿，打漿度為20°sr，最后經經抄片機抄紙過程形成紙張，成紙定量為80g/m2。將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液（200mgniso4，150mg亞氨基二乙酸，200μl32%濃度的naoh溶液，600μln2h4，20ml去離子水）中完成金屬負載，80℃反應1h。經85℃干燥后，得到雜化纖維紙張，再在氮氣保護下，800℃煅燒溫度下煅燒2h后形成炭材料得到新型雜化纖維炭紙，且能有效的應用于超級電容器。

實施例4：

選用落葉松為前驅體，木屑用質量分數(shù)為16%的氫氧化鈉溶液，在170℃蒸煮4h形成漿料，再經去離子水洗滌至ph=7、篩漿機篩選、打漿形成紙漿，打漿度為40°sr，最后經經抄片機抄紙過程形成紙張，成紙定量為30g/m2。將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液（100mgniso4，150mg亞氨基二乙酸，100μl32%濃度的naoh溶液，400μln2h4，10ml去離子水）中完成金屬負載，60℃反應1h。經100℃干燥后，得到雜化纖維紙張，再在氮氣保護下，800℃煅燒溫度下煅燒2h后形成炭材料得到新型雜化纖維炭紙，且能有效的應用于超級電容器。

實施例5：

選用針葉為前驅體，木屑用質量分數(shù)為14%的氫氧化鈉溶液，在165℃蒸煮3.5h形成漿料，再經去離子水洗滌至ph=7、篩漿機篩選、打漿形成紙漿，打漿度為30°sr，最后經經抄片機抄紙過程形成紙張，成紙定量為50g/m2。將纖維紙張浸漬在化學鍍ni溶液（200mgniso4，200mg亞氨基二乙酸，100μl32%濃度的naoh溶液，600μln2h4，20ml去離子水）中完成金屬負載，70℃反應1h。經95℃干燥后，得到雜化纖維紙張，再在氮氣保護下，900℃煅燒溫度下煅燒2h后形成炭材料得到新型雜化纖維炭紙，且能有效的應用于超級電容器。