[發(fā)明專利]一種基于金屬有機(jī)骨架材料的電極及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711427289.5
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108163936A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李秀娟;莫笑萍;李克勛;王忠
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;G01N27/30;G01N27/416
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 顏濟(jì)奎

本發(fā)明公開了一種基于金屬有機(jī)骨架材料的電極及其制備方法，屬于水處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。將1，3，5?苯三甲酸溶解于乙醇中，硝酸銅溶解于去離子水中，1，3，5?苯三甲酸與硝酸銅的質(zhì)量比為1:1?3，室溫下將以上兩溶液混合均勻并攪拌；然后，將上述混合物裝入反應(yīng)釜中，110℃下放置18h后將產(chǎn)品用乙醇清洗，再用水清洗，烘干后得到新型金屬有機(jī)骨架Cu?MOF材料；將金屬有機(jī)骨架材料與活性炭、炭黑和PTFE液混合，通過滾壓壓于鈦網(wǎng)上，干燥后制成電極。與普通的活性炭電極相比，所制成的電極在電容去離子過程中吸附量大，吸附性能好，脫鹽性能好，將更有利于在CDI領(lǐng)域的進(jìn)一步研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域中電容去離子技術(shù)電極的制備，具體地說是一種用于電容去離子技術(shù)的電極材料，屬于水處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別屬于咸水脫鹽技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，面臨著水資源嚴(yán)重短缺的局面。淡水資源與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，為以滿足人們對淡水資源的需求，開始了對咸水的淡化。傳統(tǒng)咸水脫鹽的技術(shù)主要是蒸餾、離子交換、反滲透、電滲析等。但這些方法都有各自的缺點(diǎn)。蒸餾加熱時(shí)間久、耗能，電滲析過程產(chǎn)生氣體而存在安全隱患，離子交換需要大量的酸堿再生，易產(chǎn)生二次污染，反滲透能耗高，成本高。

電容去離子(Capacitive Deionization,CDI)，是一種基于雙電層電容理論的水質(zhì)淡化凈化技術(shù)，其基本原理是在電極上施加低電壓后，溶液中陽離子、陰離子或帶電粒子在電場力和濃度梯度作用下分別向兩極遷移，吸附于電極表面形成雙電層，從而達(dá)到脫鹽或凈化的目的。當(dāng)吸附達(dá)到飽和之后，將電極反接，吸附的離子將釋放到溶液之中，電極得到再生，可再次投入到使用當(dāng)中。CDI技術(shù)與傳統(tǒng)的脫鹽技術(shù)相比，不需要酸堿，不會二次污染，投資少，能耗低，是一種經(jīng)濟(jì)有效的脫鹽技術(shù)。

CDI技術(shù)作為目前最有希望的脫鹽技術(shù)之一，如何進(jìn)一步提高其脫鹽效率受到了大量研究人員的關(guān)注。而作為決定CDI脫鹽性能的關(guān)鍵因素——電極材料，一直以來成為了研究重點(diǎn)。通常CDI電極材料有以下幾個方面的要求：較高的比表面積、良好的導(dǎo)電性和足夠的電化學(xué)穩(wěn)定性，目前，人們已經(jīng)將多種材料應(yīng)用于CDI并展開了相關(guān)研究，如活性炭、活性炭纖維、碳納米管、碳?xì)饽z等。

金屬有機(jī)骨架(Metal Organic Frameworks,MOF)材料具有無機(jī)和有機(jī)功能材料的綜合特性，具有比表面積大、電阻低等顯著優(yōu)點(diǎn)，可作為CDI電極材料使用。因此，本發(fā)明制備了金屬有機(jī)骨架材料Cu-MOF材料，并制備成電極，將其應(yīng)用于CDI陽極，研究其脫鹽性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為提供一種基于金屬有機(jī)骨架材料的電極及其制備方法，并將這種電極應(yīng)用于CDI陽極，研究其脫鹽性能。

本發(fā)明的基于金屬有機(jī)骨架材料的電極制備方法，包括如下步驟：

(1)合成Cu-MOF材料：將1，3，5-苯三甲酸溶解于乙醇中，硝酸銅溶解于去離子水中，1，3，5-苯三甲酸與硝酸銅的質(zhì)量比為1:1-3，室溫下將以上兩溶液混合均勻并攪拌；然后，將上述混合物裝入反應(yīng)釜中，110℃下放置18h后將產(chǎn)品用乙醇清洗，再用水清洗，烘干后得到新型金屬有機(jī)骨架材料Cu-MOF材料；

(2)將上述已合成的Cu-MOF材料摻雜于活性炭和炭黑中，加入乙醇和PTFE液，通過超聲波清洗儀振動去除乙醇，制成固體并滾壓在60目的鈦網(wǎng)上，將其干燥后制成電極；Cu-MOF材料：活性炭：炭黑：PTFE質(zhì)量比為：3:5:1:1；PTFE液規(guī)格為60％，wt％。

將制備成的電極通過三電極體系(摻雜Cu-MOF材料的電極為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極)進(jìn)行CV測試(電壓范圍為-1V～1V，掃描速度為0.01V/s)和EIS測試(0.1～100000Hz)，電解液為PBS液。

(1)一種基于金屬有機(jī)骨架材料的電極的CDI脫鹽性能的測試