[發明專利]一種用于海水淡化的復合炭材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911085972.4
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110803699A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 丹媛媛;劉剛;于化龍;顧雷香
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C01B32/312
• 分類號: C01B32/312;C01B32/318;C01B32/348;B01J20/20;C02F1/469;C02F103/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 許云花

本發明公開了一種用于海水淡化的復合炭材料及其制備方法，該復合炭材料由石墨烯和活性炭構成，其中，石墨烯填充于活性炭的表面；制備方法為分別制得活性炭和氧化石墨烯，將氧化石墨烯與活性炭超聲反應后再與谷胱甘肽進行還原反應即可。本發明的復合炭材料比表面積大，孔隙結構清晰，能提供良好的離子傳輸通道，且制備過程簡單，產品收率高，成本低廉，資源利用率高，能夠后大規模生產；同時，該復合炭材料電容量高，應用于海水淡化的去離子電容器電極材料，能夠改善去離子電容的性能，提高海水淡化效率。

技術領域

本發明屬于海水淡化領域，尤其涉及一種用于海水淡化的復合炭材料及其制備方法。

背景技術

資料統計表明，地球上的水資源為1.4×1018m³，地球表面71％的面積被水覆。然而，這些水98％是存在于海洋、內陸海和地下盆地咸水，無法飲用，可飲用的淡水僅占全球總水量的2％左右。隨著經濟的發展和社會的進步，人們對水的需求量越來越大，而水資源的不足、時空分布不均勻、超限度的開采、無節制的浪費和污染使得淡水資源成為一個世界性的問題，許多國家也紛紛開始尋找新的水源。活性炭由于具有較高的比表面積，導電性能良好，有較高的電吸附能力，有作為去離子電容器電極的潛力。不幸的是，市場上的活性炭電容性能不能滿足，限制了在電容器上的應用。因此，改進活性炭合成工藝成為推廣活性炭用于電容去離子技術的有效手段。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的是提供一種比表面積大、空隙結構明顯且具有高比電容量的用于海水淡化的復合炭材料；

本發明的第二目的是提供該復合炭材料的制備方法。

技術方案：本發明用于海水淡化的復合炭材料，由石墨烯和活性炭構成，其中，石墨烯填充于活性炭的表面。

本發明通過將石墨烯與活性炭相復配制備成復合炭材料，活性炭支撐石墨烯三維結構的同時，亦提高了活性炭導電性能，且材料表面的N,S,O官能團提高了離子選擇性吸附能力。

本發明制備上述復合炭材料的方法，包括如下步驟：

(1)將生物質碳源洗滌、烘干后磨成粉，置于KOH溶液中制得混合液；隨后將該混合液在1～3Mpa、100～120℃條件下加熱2～3h制得固體，并將其洗滌、烘干，在氬氣氛圍下升溫至800～1000℃保溫2～3h，洗滌、烘干制得活性炭；

(2)將石墨、過硫酸鉀及五氧化二磷按質量比1:0.5～1.5:0.5～1.5混合加熱至85～95℃保溫反應5～8h進行預氧化，隨后將該預氧化后的石墨、濃硫酸及高錳酸鉀混合加熱至30～40℃保溫反應3～5h制得氧化石墨烯，并將該氧化石墨烯與活性炭按質量比1:0.4～0.8在150～250W條件下超聲反應2～4h制得半成品，最后將該半成品與谷胱甘肽按質量比1:0.4～0.8進行還原反應制得活性炭。

進一步說，步驟(1)中，采用的生物質碳源可為蓮蓬、蓮子莢或蓮子桿。烘干是在70～80℃條件下烘干。升溫至800～1000℃的升溫速率為4～8℃/min。

更進一步說，步驟(2)中，預氧化后的石墨與濃硫酸的質量體積比為1:50～75，預氧化后的石墨與KMnO₄的質量比為1:3～4.5。

有益效果：與現有技術相比，本發明的顯著優點為：該復合炭材料比表面積大，孔隙結構清晰，能提供良好的離子傳輸通道，且制備過程簡單，產品收率高，成本低廉，資源利用率高，能夠后大規模生產；同時，該復合炭材料電容量高，應用于海水淡化的去離子電容器電極材料，能夠改善去離子電容的性能，提高海水淡化效率。

附圖說明

圖1為本發明復合炭材料的結構示意圖；

圖2為本發明復合炭材料的透射電鏡圖；

圖3為實施例1制備的復合炭材料的循環放電效率圖；