[發明專利]一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610073872.X
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105540765B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 劉建允;蔡文姝;程健;鄢俊彬;朱國棟
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

本發明涉及一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料及其制備方法，所述分子篩結構材料與多孔碳材料的質量分數比10～40％：60～90％。制備方法包括：將多孔碳材料和分子篩結構材料分散在去離子水中，得到分散液，加入粘合劑，得到混合液，攪拌，烘干，得到復合材料，潤濕，輥壓壓覆在惰性導體上，即得。本發明將多孔碳材料與分子篩結構化合物摻雜復合制備成電極，所摻雜的分子篩可有效提高電容器的電荷效率，改善脫鹽性能，在電容脫鹽方面擁有潛在的應用前景，可廣泛用于苦咸水與海水的淡化，硬水軟化等領域。

技術領域

本發明屬于電極材料及其制備領域，特別涉及一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料及其制備方法。

背景技術

電容吸附脫鹽是一種基于雙電層電容原理的靜電吸附脫鹽技術。在外加電源的作用下，溶液中陰、陽離子在靜電場的作用下向相反的電極移動并吸附在電極上，實現淡化鹽水的目的。

制備低耗高效的電極材料一直是電容吸附脫鹽技術的關鍵所在。多孔碳材料因其具有高比表面積、孔隙發達、導電性良好、來源廣泛等優點在電極材料方面應用廣泛。其中活性碳、炭氣凝膠、碳納米管、石墨烯、碳纖維等材料已被用于電容吸附脫鹽電極的研究。但是實際電容脫鹽應用時，在施加電源充電的過程中，由于共離子的排斥作用，電極內部相同離子消耗電能被排除到溶液中，導致脫鹽效率和電極效率降低，增加其能耗。這一問題限制了多孔碳電極材料在電容吸附脫鹽領域的應用。

分子篩結構具有孔徑均勻的孔道和排列整齊、內表面積很大的空穴，同時分子篩具有良好的離子交換性，其中心極性很強，其表面具有的荷電基團能夠調變材料的Zeta電位，可起到離子傳輸和存儲的作用，有利于離子擴散和吸附，是一種性能優異的分離吸附劑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料及其制備方法，該方法操作簡單，成本低，易于工業化生產應用；制備的分子篩/多孔碳復合電極能夠提高對離子的吸附選擇性，提高其脫鹽性能。

本發明的一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料，所述分子篩結構材料與多孔碳材料的質量分數比為10～40％：60～90％。

本發明的一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料的制備方法，包括：

(1)將多孔碳材料和分子篩結構材料分散在去離子水中，得到分散液，加入粘合劑，得到混合液，攪拌，烘干，得到復合材料；分子篩結構材料與多孔碳材料的質量分數比為10～40％：60～90％；粘合劑占分子篩結構材料與多孔碳材料質量之和的6～10％；

(2)將步驟(1)中的復合材料料潤濕，輥壓壓覆在惰性導體上，得到電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復合電極材料。

所述步驟(1)中多孔碳材料為活性炭、導電石墨、碳納米管、碳纖維和碳氣凝膠中的至少一種。

所述步驟(1)中分子篩結構材料的顆粒直徑為50納米-20微米。

所述步驟(1)中分子篩結構材料為硅鋁分子篩、磷酸鋁分子篩、含雜原子分子篩和金屬有機多孔骨架中的至少一種。

所述硅鋁分子篩為八面沸石、絲光沸石、ZSM-5、β型和L型分子篩中的至少一種；磷酸鋁分子篩為AlPO-5和AlPO-11分子篩中的至少一種。

所述步驟(1)中分散液的濃度為20～80mg/mL。

所述步驟(1)中粘合劑為聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯中的至少一種。

所述步驟(1)中攪拌為常溫、常壓下機械攪拌，攪拌速率為200-500r/min，攪拌時間為2～4h；烘干的溫度為80～100℃。

所述步驟(2)中潤濕為用少量乙醇潤濕。

所述步驟(2)中惰性導體為鈦、石墨和泡沫鎳中的至少一種。