[發明專利]多級孔碳電容型脫鹽電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210245729.6
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102765782A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 張登松;施利毅;溫曉茹;顏婷婷;王慧;張劍平
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C02F1/46
• 分類號: C02F1/46
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種多級孔碳電容型脫鹽電極的制備方法。本發明制備的脫鹽電極具有高效率、低能耗的脫鹽性能。屬電脫鹽電極制造工藝技術領域本發明可應用于海水和苦咸水的淡化，為低能耗、低成本、高性能脫鹽提供了新途徑。

背景技術

水資源危機是本世紀全球面臨的最大資源危機之一，海水與苦咸水脫鹽淡化是解決該危機的重要途徑?，F有脫鹽方法主要有蒸餾法（包括多級閃蒸、多級蒸發和壓氣蒸餾）和膜法（包括反滲透和電滲析）。但是蒸餾法操作溫度高、鍋垢危害嚴重、腐蝕嚴重；膜法對膜性能要求嚴格、膜損壞率高且費用昂貴。另外，這些脫鹽方法均存在能耗高、成本大的缺點。所以采用新技術降低淡化成本一直是海水淡化技術最重要的發展目標。因此，研發能耗低、成本低的脫鹽技術應用前景十分光明。電容型脫鹽（Capacitive?Deionization；CDI）是基于雙電層電容原理的全新脫鹽技術。與傳統的脫鹽方法相比，該方法具有成本低、脫鹽效率高、工藝設備簡單、易于實施、同時沒有二次污染、對環境友好的優點，為高效率、低能、低成本脫鹽技術提供了新的途徑。?

基于CDI的原理可以看出，獲得高CDI性能的關鍵是電極材料，要求電極材料具有比表面積大、空隙發達、導電性好等特點。多孔碳材料具有高的比表面積、良好的導電能力、獨特的化學穩定性、好的成型性、價格相對低廉、原料來源豐富、生產工藝也比較成熟等優點在電極材料方面有非常廣泛的應用。迄今為止，用作CDI電極的多孔碳材料主要包括活性炭、炭氣凝膠、碳納米纖維、碳納米管、石墨烯以及介孔碳。其中活性炭因比表面積較大、制備簡單、價格低廉成為目前廣泛應用的電極材料，但是其脫鹽效率較低，主要是由于大量微孔的存在不利于離子的滲透及吸附導致比表面積利用率較低、無序的孔結構、及較高的內阻。為了解決上述問題，介孔碳具有高的比表面積、高度均一的孔徑分布、大的孔容、以及高的力學穩定性的介孔碳材料引起了研究者極大的興趣。Zou等人研究發現具有高比表面積的有序介孔碳（Zou?L,?Li?LX,?Song?HH,?Morris?G;?Water?Research,?2008,?42,?2340-2348）或者經過Ni表面修飾的介孔碳材料（Li?LX,?Zou?L,?Song?HH,?Morris?G,?Carbon?2009,?47,?775-781）相對于傳統的活性炭電極均具有更高的脫鹽容量。但是需要指出的是當前制備的介孔碳材料用作脫鹽電極時的比電容值遠遠低于碳材料的理論值，主要是由于材料存在的一些缺點例如相對較高的內阻及較低的表面積利用率。因此為了解決上述問題，制備新型的更高表面積、高導電性的、空隙發達的、表面利用率較高的多級孔（大孔，介孔及微孔）碳電極材料，為高性能、高效率、低能耗的脫鹽提供了新途徑。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種應用雙電層電容型脫鹽法進行海水淡化處理的多級孔碳電容型脫鹽電極的制備方法。將大孔，介孔以及微孔有效結合的多級孔碳材料，可以選擇綜合各種孔材料的優點，同時由于其巨大的比表面積、發達的孔隙結構、相互連通的孔道結構，使其在擴散、傳質等方面展示了優于單一孔結構材料的特性。其中相互連通的大孔與介孔有利于離子滲透到深處的孔，提高比表面的有效利用率；同時更短的離子擴散路徑也降低了電極材料的內阻。此外同時存在的微孔及介孔賦予脫鹽電極更高的比表面積，有利于獲得更高的CDI性能。將大孔、介孔及微孔有效結合制備的一種多級孔碳電容型脫鹽電極，具有更高的比表面積、良好的導電性和更好的脫鹽性能。

????本發明的目的是通過以下技術手段和措施來達到的。

????本發明提供一種多級孔碳電容型脫鹽電極的制備方法，其特征在于以下的制備過程和步驟：

(1)???電極材料的制備：