[發明專利]一種自組裝技術制備電吸附組件的方法

有效

• 申請號: 201410209259.7
• 申請日: 2014-05-17
• 公開（公告）號: CN103979650A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 孟慶函;曹兵;李紀濤;潘凱
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種自組裝技術制備電吸附組件的方法

背景技術

電容去離子技術(Capacitive?Deionization?Technology，CDT)是基于雙電層電容器原理進行充電脫鹽和放電再生的一種全新的電吸附脫鹽方法。當含有鹽離子的水溶液從兩片相對的施加了電壓的電極中間流過時，由于電場的作用，陽離子向陰極電極方向移動，陰離子想陽極電極方向移動，使得水溶液中的鹽離子被吸附在吸附材料的孔隙中形成雙電層，從而降低了水溶液中的含鹽率，實現了水的脫鹽和凈化，得到相對純凈的水。由于除鹽過程中僅需要使用直流電，而將電極短路或者反接就可實現電極的循環再生，不需要使用大量的酸堿對電極進行清洗，因此不會產生二次污染物，具有節能、環保、高效且操作簡單特點。

電極的活性炭多孔材料在應用活化法制備的過程，造就了大量的微孔(孔徑小于2nm)，這些微孔的貢獻了這種材料80％的比表面積。由于微孔孔徑大小的限制，被吸附的離子在孔徑中以雙電層的形式儲存時會產生疊加，不利于雙電層的形成，從而會對脫鹽率產生不利的影響。

當今的研究趨勢是對原有的吸附材料進行加工修飾以期提高其吸附效率，或者是研究開發制備新的性能優異的吸附材料。在電極表面覆蓋離子交換膜的膜電容去離子技術可選擇性透過離子，排斥同種離子，阻止不必要的離子遷移，提高電吸附。發明專利(超電容式脫鹽裝置及其制造方法，申請號200780045835.7)較為全面的介紹了離子交換膜技術在電吸附的應用。CN01127147、CN01245554等專利使用的電吸附模塊中，相對的電極板之間使用電解質隔膜將兩電極隔開，放置接觸短路。發明專利(一種帶涂層電極吸附裝置，申請號201310177914.0)公開了一種帶涂層電極電吸附裝置，涂敷在電極表面的離子交換涂層能阻隔特定電荷離子，降低能耗。

本發明提出一種自組裝技術制備電吸附組件，在這種電吸附組件中，電極表面自行組裝成聚離子層，行使離子交換膜的作用，同時攔截吸附部分離子。同之前公布的離子交換膜吸附裝置相比，本發明具有表面組裝層極薄、制備工藝極其簡單、花費成本少等優點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種分離效率高、制備過程簡單且成本低廉的電吸附組件制備方法。

一種利用自組裝技術制備吸附電極的方法，其特征在于：所制備的吸附電極包括(1)電極襯底、(2)吸附材料和(3)組裝于吸附材料表面的長鏈狀聚合物離子；；該方法以長鏈狀聚陰陽離子為溶質配制聚電解質溶液，利用吸附材料本身帶有的官能團，所述的吸附材料包括多孔的帶有正負電荷官能團的材料，在吸附材料表面通過非共價相互作用均勻組裝一層聚電解質薄膜，制備成兩片帶有相異電荷薄膜的吸附電極分別于電源正負極相聯。

進一步，其中所述的電極表面組裝的聚電解質薄膜的結構與厚度控制通過控制聚合物離子的用量來實現；其中所述的長鏈狀聚合物陽離子分子量控制在50000～15000，；其中所述的長鏈狀聚合物陰離子分子量控制在400,000～600,000，；聚合物離子溶液濃度控制在1～3mg/L；在電極表面組裝的聚電解質薄膜的厚度為50～100nm；

更進一步，其中所述的長鏈狀聚合物陽離子為聚苯乙烯磺酸鈉，分子量Mw:50000～70000；其中所述的長鏈狀聚合物陰離子為聚二甲基二烯丙基氯化銨，分子量Mw:400,000～500,000。

進一步，其中所述的吸附材料包括活性炭、活性炭納米管或石墨烯復合材料。

更進一步，其中活性炭帶有的官能團指的是羧基、內酯基、酚羥基或羰基負電荷用于吸附組裝聚陽離子PDDA；或氨基、酰亞胺基、內酰胺基或類酰胺基正電荷用于吸附組裝聚陰離子PSS。

其中所述的電極襯底材料包括泡沫鎳、泡沫鈦、不銹鋼網、碳紙、泡沫鎳或石墨紙。

其中所述的帶有相異電荷薄膜的吸附電極與電源正負極相聯指的是表面組裝聚陽離子PDDA的電極片與正極相聯；表面組裝聚陰離子的PSS的電極片與負極相聯。聚陰陽離子層在電吸附過程時行使離子交換膜的作用，可選擇性滲透帶相反電荷的離子，排斥同種離子，同時攔截吸附部分離子。

自組裝技術是本發明的重要組成部分，其原理是通過相反電荷間非共價作用力形成的一種具有特定順序的分子聚集體。其中非共價鍵的相互作用力或協同作用是自組裝技術的關鍵。這種力包括氫鍵、范德華力、靜電力、疏水作用力和π-π鍵等作用力。