[發(fā)明專利]納米碳管/介孔碳復(fù)合電容型脫鹽電極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110204269.8
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102295325A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張登松;施利毅;彭蒸;顏婷婷
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C02F1/46
• 分類號: C02F1/46
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米碳管/介孔碳復(fù)合電容型脫鹽電極的制備方法，本發(fā)明制備的納米碳管/介孔碳復(fù)合電容型脫鹽電極具有高效、低能耗的脫鹽性能。屬電脫鹽電極制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水資源危機(jī)是本世紀(jì)全球面臨的最大資源危機(jī)之一，海水與苦咸水脫鹽淡化是解決該危機(jī)的重要途徑。現(xiàn)有的脫鹽方法主要有蒸餾法和膜法。蒸餾法操作溫度高，能耗較大；鍋垢危害及腐蝕嚴(yán)重；膜法對膜性能要求嚴(yán)格，膜損壞率高且費(fèi)用昂貴。另外，這些脫鹽方法均存在能耗高的缺點(diǎn)，即便是耗能最低的反滲透膜法，其能耗也是理論值的十倍左右。因此，研發(fā)能耗低、成本低的脫鹽技術(shù)應(yīng)用前景十分光明。電容型脫鹽法是一種基于雙電層電容原理的全新脫鹽技術(shù)。該方法能耗低、脫鹽效率高，對環(huán)境友好。但目前存在的問題是電極材料導(dǎo)電性差，有效比表面積小等問題。

目前，基于電容型脫鹽方法的原理，高比表面積的碳材料引起了人們極大的興趣。而今，目前研究的較多的碳材料有：碳?xì)饽z、活性炭、介孔碳以及納米碳管等。碳?xì)饽z具有豐富的孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的特性。近年來，美國先進(jìn)水技術(shù)中心Drewes課題組（Xu?P,?Drewes?JE,?Heil?D,?Wang?G.?Water?Res?2008,?42,?2605-2617）采用碳?xì)饽z電極進(jìn)行苦咸水脫鹽測試，發(fā)現(xiàn)碳?xì)饽z電極具有較好的脫鹽性能，且其對于不同種類鹽離子的脫鹽能力不同（I^-?>?Br^-?>?Ca^2+?>?OH^-?>?Mg²⁺?>?Na⁺?>Cl^-）。韓國科學(xué)技術(shù)院Cho課題組（Lim?JA,?Park?NS,?Park?JS,?Choi?JH.?Desalination?2009,?238,?37-42，Park?BH,?Choi?JH.?Electrochim?Acta?2010,?55,?2888-2893）將碳?xì)饽z與氧化硅凝膠復(fù)合制備了親水性良好、耐受性較強(qiáng)的脫鹽電極。中國專利101492158提出采用溶膠凝膠酚醛聚合-常溫干燥-高溫碳化活化來合成一種新型碳?xì)饽z電極，但其制備工藝較為繁多，實(shí)驗流程較長。由于碳?xì)饽z合成工藝復(fù)雜、制備成本較高；高比表面積的活性炭因其制備簡單、價格低廉，引起了研究者的興趣。澳大利亞維多利亞大學(xué)Zou等人（Zou?L,?Morris?G,?Qi?D.?Desalination?2008,?225,?329-340），將活性炭進(jìn)行濃堿處理后，在其表面負(fù)載TiO2納米離子，發(fā)現(xiàn)負(fù)載后的活性炭比表面積有所降低，但電極脫鹽容量明顯提高。然而，活性炭的比表面積雖高但其孔結(jié)構(gòu)中的微孔部分并不能貢獻(xiàn)于脫鹽，比表面積利用率不高。近來，介孔碳作為一種新型的高比表面積碳材料，因其獨(dú)特的介孔骨架結(jié)構(gòu)及孔徑的可調(diào)性引起了人們極大的興趣。澳大利亞維多利亞大學(xué)Zou等人（Zou?L,?Li?LX,?Song?HH,?Morris?G.?Water?Res?2008,?42,?2340-2348，Li?LX,?Zou?LD,?Song?HH,?Morris?G.?Carbon?2009,?47,?775-781）研究發(fā)現(xiàn)介孔碳電極脫鹽容量優(yōu)于一般的活性炭電極。中國專利CN101819883A公開了一種用電化學(xué)沉降法制備介孔碳/金屬氧化物電極材料，但該種方法只能針對于金屬氧化物，無法適用于其他的非金屬類化合物。另外，對于電容型脫鹽技術(shù)而言，除了電極材料的高比表面積、高有序結(jié)構(gòu)，電極材料的導(dǎo)電性也非常關(guān)鍵。碳?xì)饽z、活性炭、介孔碳這幾種高比表面積的碳材料雖然在比表面積方面都有較大的優(yōu)勢，但其導(dǎo)電性能都較差。內(nèi)阻較大，電能利用效率不高，極大地影響了電容型脫鹽器的性能。納米碳管，作為一種新興的碳材料，除了具有特殊的管狀結(jié)構(gòu)和高比表面積，還具有良好的導(dǎo)電性。上海大學(xué)張登松等人（Zhang?DS,?Shi?LY,?Fang?JH,?Dai?K.?Mater?Lett?2006,?60,?360-363）嘗試制備了納米碳管/活性炭復(fù)合脫鹽電極，研究發(fā)現(xiàn)所制得的復(fù)合電極導(dǎo)電性能良好，并且其脫鹽容量也得到了提高。因此，為解決上述問題，可以考慮將納米碳管的特殊中空結(jié)構(gòu)、良好導(dǎo)電性、低的電阻率與介孔碳大比表面積、脫鹽性能較好的性能充分結(jié)合起來，制備一種新型的電容型脫鹽電極。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種應(yīng)用雙電容型脫鹽法進(jìn)行淡水脫鹽處理電脫鹽的納米碳管/介孔碳復(fù)合電容型電極的制備方法。