[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于碳基材料的離子收集方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710365330.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108928812B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方海平;閆隆;石國(guó)升;梁珊珊;王學(xué)良;方鋼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/178
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/178;C02F1/58;C01B32/05
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦;徐婕超

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于碳基材料進(jìn)行離子收集的方法。所述方法包括如下步驟：(1)將碳基材料進(jìn)行預(yù)處理；(2)將步驟(1)得到的經(jīng)預(yù)處理后的碳基材料浸泡在鹽溶液中，其中，所述步驟(1)包括以下步驟：a.將碳基材料在溶液中超聲處理；b.將超聲處理后的碳基材料用去離子水清洗，并烘干待用。本發(fā)明的方法具有較高的普適性，能在鈉鹽、鉀鹽、氯鹽等鹽的水溶液或有機(jī)溶液中使用。該方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，能耗低，解決了凈水過(guò)程中鹽離子去除的難點(diǎn)問(wèn)題，開(kāi)辟了富集離子的新途徑，在水處理領(lǐng)域具有重要的意義，具有良好的應(yīng)用和市場(chǎng)推廣前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于碳基材料的離子收集方法。

背景技術(shù)

隨著全球人口的急速增長(zhǎng)以及大規(guī)模工業(yè)化進(jìn)程，潔凈的淡水資源日益匱乏，如何獲得干凈且價(jià)格低廉的淡水是全世界面臨的難題，尤其是像我國(guó)這樣水資源相對(duì)短缺的發(fā)展中國(guó)家，淡水資源匱乏的問(wèn)題尤為嚴(yán)峻。因此，海水的脫鹽淡化以及劣質(zhì)水的凈化是有效解決水資源短缺問(wèn)題的重要途徑之一[Nature 452，301(2008)]。

近年來(lái)，隨著納米科技的快速發(fā)展，基于納米技術(shù)的凈水膜為提高濾膜的凈水效率等技術(shù)的突破提供了重要的契機(jī)。多個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，以碳納米管為代表的碳基材料具有很好的水滲透能力[Science 312，1034(2006)]，人們預(yù)期其在水處理領(lǐng)域方面具有巨大的應(yīng)用前景[Science 333，712(2011)]。目前國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)高濃度溶液中的離子收集做過(guò)一些嘗試，例如采用電場(chǎng)的方法[J.Am.Chem.Soc.133，203-205(2010)；Science 329，1320-1324(2010)]，但是以上方法是在極端條件下，即高濃度溶液、強(qiáng)酸和外加電場(chǎng)中才能進(jìn)行離子收集。具體來(lái)說(shuō)，在制備碳納米管的原料加入填充的材料的技術(shù)，需通過(guò)電弧放電方法在制備碳納米管中把某些材料填充進(jìn)去[Nature 372，761(1994)]；或者需要把碳納米管混合在高溫熔融的熔鹽或共晶熔鹽中，才把某些鹽填充到碳納米管中[Journal of solidstate chemistry 140，83(1998)]；另外，把碳納米管浸泡在強(qiáng)酸性的飽和鹽溶液中也能填充某些金屬[J.Mater.Res.15，2658(2000)]。以上方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本巨大，而且只能用于高濃度的鹽溶液的處理，而對(duì)低濃度鹽溶液的離子收集則沒(méi)有簡(jiǎn)單、高效的方法。因此本領(lǐng)域急需一種新的基于碳基材料的對(duì)低濃度鹽溶液中的離子進(jìn)行收集的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決在水處理領(lǐng)域缺乏一種簡(jiǎn)單、可靠的、基于碳基材料進(jìn)行低濃度溶液中離子收集的方法。本發(fā)明的方法所用碳基材料具有高效的離子收集能力，且收集的鹽濃度遠(yuǎn)高于初始濃度。另外，此方法具有較高的普適性，能在鈉鹽、鉀鹽、氯鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等水溶液或其他有機(jī)溶液中使用。該方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，能耗低，解決了凈水過(guò)程中低濃度溶液鹽離子去除的難點(diǎn)問(wèn)題，開(kāi)辟了富集離子的新途徑，在水處理領(lǐng)域具有重要的意義，具有良好的應(yīng)用和市場(chǎng)推廣前景。

本發(fā)明主要是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的。

本發(fā)明提供了一種基于碳基材料的離子收集方法，所述方法包括如下步驟：

(1)將碳基材料進(jìn)行預(yù)處理；

(2)將步驟(1)得到的經(jīng)預(yù)處理后的碳基材料浸泡在鹽溶液中；

其中，所述步驟(1)包括以下步驟：

a.將碳基材料在溶液中超聲處理；

b.將超聲處理后的碳基材料用去離子水清洗，并烘干待用。

所述的基于碳基材料的離子收集方法中，所述步驟a中的溶液可為甲醇、乙醇和丙酮中的一種或多種，優(yōu)選為乙醇。

所述的基于碳基材料的離子收集方法中，所述步驟a中超聲處理時(shí)間可為5-100分鐘，優(yōu)選10-60分鐘，更優(yōu)選20分鐘。