[發明專利]一種蘆葦秸稈碳化合成電吸附脫鹽電極的簡易制備方法

在審

• 申請號: 201911282600.0
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111087054A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 萬家峰;許可
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種蘆葦秸稈碳化合成電吸附脫鹽電極及其制備方法，所制備的方法包括首先將蘆葦秸稈進行預處理、洗凈、烘干、粉碎、篩分，得到蘆葦秸稈粉末與KOH按照一定質量比例進行混合，加入適量去離子水后，進行水浴加熱并攪拌。然后烘干得到干燥的混合物置于管式加熱爐中，在600℃、700℃、800℃下保溫1小時，將得到的生物質炭粉末加入適量鹽酸溶液，進行中和、清洗后得到最終的生物質炭粉末。將無水乙醇、聚四氟乙烯和最終的生物質炭粉末混合，水浴加熱并攪拌，得到的混合物用熱壓機將膏體壓在不銹鋼網，將壓制好的電極片煮沸并烘干。制得用于電容去離子的生物質炭電極片。(1)本發明所制備電極內阻小、電容量高、吸附性能好，(2)制備方法和制備過程簡單、生產成本低，屬于廢物資源化利用，對環境友好。

技術領域

本發明涉及電容去離子領域，更具體的涉及一種電容去離子吸附電極及其制備方法。

背景技術

地球上具有豐富的水資源，其中淡水資源僅占2.7％，并且大部分淡水為難以利用的冰川水，淡水資源不僅匱乏，還存在嚴重分布不均等問題，不可用苦咸水和再生生活和工業污水處理的難度加劇，是阻礙社會的快速和持續發展的最重要的問題，傳統的海水淡化技術，如膜蒸餾，離子交換樹脂，反滲透和電滲析是能源密集和昂貴的，包括通過環境不友好的方式再生，如使用酸或堿溶液；因此，新型水脫鹽技術-電容去離子(CDI)，由于其優異的性能而迅速發展，其包括高能效和水回收以及低能耗和污染；電容去離子(CDI)是一種基于電吸附過程去除離子的水脫鹽技術；電極材料是影響電容去離子效果的關鍵因素，生物質材料由于其具有低成本和資源豐富的特點，已經被廣泛應用于超級電容器、微生物燃料電池等領域，然而應用于電吸附的生物質材料較少，蘆葦是一種常見的水生植物，分布廣泛，秋冬干枯后,被大量堆積并堵塞河道；利用其制作吸附劑，可達到凈化水體和資源綜合利用的雙重效果；所以，本發明以蘆葦秸稈為吸附劑材料,研究了其對水體中NaCl的吸附作用及影響因素,我們使用蘆葦秸稈作為原料和KOH作為活化劑來制備多孔碳材料，故稱蘆葦秸稈多孔碳材料(RSPC)；所制備的材料呈現相互連接的多級孔結構，這種多級孔結構在電吸附過程中表現出巨大的優勢，RSPC的獨特通孔結構導致大的比表面積；多級孔結構和壁上層之間的間隙有利于電荷的快速移動；此外，由于它們具有的三維多級孔結構， RSPC可以在與電解質的界面處形成雙層以存儲大量電荷，從而產生高比電容和優異的倍率性能，這種優異的電化學性能證明了基RSPC作為電容去離子中的電極材料的潛在用途。

發明內容

綜上所述，本發明旨在開發一種低成本的蘆葦秸稈電吸附脫鹽電極及其制備方法，由于其電極材料內阻小、電容量高、吸附性能好的特點，可將其應用于電容去離子領域；

為實現以上目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：

a、蘆葦秸稈漿料的配制：首先，將蘆葦秸稈用去離子水洗凈，干燥并粉碎成粉末；將秸稈粉末和KOH按照一定比例，添加到錐形燒瓶，加入適量去離子水,水浴加熱并攪拌；

b、蘆葦秸稈漿料的活化：然后，將混合物置于烘箱中100℃下烘干5h，秸稈在高純度氮氣保護下進行熱處理，然后在氮氣氣氛下冷卻至室溫；

c、洗滌到中性：煅燒后的產品置于研缽中研磨；研磨后，將20mL去離子水和適量濃鹽酸加入燒杯中，用磁力攪拌器攪拌12h，將攪拌后的混合物離心，直到溶液的pH呈現中性；最后將殘渣放入烘箱中，在120℃下烘干12h，得到多孔生物質炭材料；

d、壓制電極片：將0.6g RSPC、1.8g無水乙醇和1.8g聚四氟乙烯(10％PTFE)在65℃的水浴中連續混合并攪拌，直至水蒸發形成糊狀；然后，迅速將混合物取出，用熱壓機將膏體壓在不銹鋼網(4cm×6cm)上；最后，將壓制好的電極片在水中煮沸30min使其穩定，然后在 40℃的烘箱中烘干備用，制得蘆葦秸稈電吸附脫鹽電極片。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明采用天然蘆葦秸稈為原料，實現了生物廢料的資源化和有效利用，變廢為寶，制備過程對環境友好；