[發明專利]氫氧化鈷空心立方體電極材料及制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110237773.1
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112978873A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 馬杰;熊岳城
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C02F1/461;C02F101/12
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

氫氧化鈷空心立方體電極材料及制備方法和應用。該方法基于法拉第電容及雙電層電容儲存電荷的原理。在電容去離子裝置中，在一定電壓的情況下，一極以氫氧化鈷空心立方體電極為法拉第電容吸附鈉離子，另一極以活性炭為雙電層電容吸附氯離子，從而去除氯化鈉，達到脫鹽的目的。通過控制施加電壓的大小及調整正負極即可實現材料對氯離子和鈉離子的循環吸附與脫附，操作簡單，無二次污染，且無需其他化學物質輔助。氫氧化鈷空心立方體材料與活性炭電極組成的雜化電容去離子裝置對氯化鈉的吸附容量可達到116.8mg·g^?1，是一種極具前景的脫鹽方法。

技術領域

本發明屬于高能源電化學技術領域，涉及一種氟氫氧化鈷空心立方體電極材料的制備及其在雜化電容去離子技術中的應用。

背景技術

隨著世界人口劇增、環境污染等問題逐漸加劇，人類面臨著嚴峻的飲用水安全危機。此外，我國也面臨著越來越嚴重的水資源匱乏問題。根據相關數據表明，我國人均淡水擁有量僅為2200立方米，名列世界121位，不足世界人均水資源的三分之一，屬于全球人均水資源最匱乏的13個國家之一。然而我國的用水量長期維持著較高的水平，再加上水污染使苦咸水占比增大，導致了我國嚴峻的水資源短缺的問題。

針對飲用水資源短缺的問題，目前最常用的方法是將不可直接引用的苦咸水或海水進行凈化，從而緩解淡水資源緊缺的危機。

傳統電容去離子技術是在多孔碳基電極兩端加外部電壓，使陰陽離子在靜電場的作用下向帶相反電性的電極移動，從而被吸附在電極上，通過短路或反接電源進行水資源再生利用。但是，傳統的碳基電極往往存在長時間循環易發生電極氧化，吸附容量受到材料比表面積的影響，存在共離子效率的問題影響電荷效率等問題，因此亟需出現新型的電極材料來進行脫鹽過程。

發明內容

本發明的目的在于，在傳統電容去離子技術的基礎上克服該技術及電極材料自身的不足，提供一種氫氧化鈷空心立方體電極材料的制備方法及其在雜化電容去離子技術中的應用。

首先制備一種氫氧化鈷空心立方體材料，該電極材料在電壓的作用下通過法拉第反應進行脫鈉嵌鈉，相較傳統的碳電極受電極影響較小；其次雜化電容去離子技術中的應用相較傳統電容去離子技術有更高的吸附容量，即在多孔電極兩端加外部電壓，使陰陽離子在靜電場的作用下向帶相反電性的電極移動，從而被吸附在電極上，通過反接電源進行再生利用。相較傳統的碳電極，氫氧化鈷空心立方體通過發生法拉第反應，進行嵌鈉脫鈉，其具有良好的電化學窗口，較大的比電容以及良好的穩定性，從而在電容去離子領域具有良好的應用前景。

為實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

一種氫氧化鈷空心立方體材料的制備：

(1)在攪拌的條件下將100mL二水合氯化銅溶液水浴加熱至55℃得到溶液A；

(2)在攪拌的條件下向A溶液中逐滴加入10mL氫氧化鈉得到溶液B；

(3)半小時后，向B溶液中逐滴加入10mL現配的抗壞血酸溶液得到溶液C；

(4)經過3小時的反應后，通過真空抽濾收集產物，用去離子水洗滌，60℃真空干燥5小時獲得干燥氧化亞銅；

(5)將100mg氧化亞銅粉末溶于100mL去離子水和100mL乙醇的混合溶液，超聲1小時后得到均勻的溶液D；

(6)向溶液D中加入6.6g聚乙烯基吡咯烷酮-K30，攪拌半小時后得到溶液E；

(7)向溶液E中加入65mg六水合氯化鈷，攪拌半小時后得到溶液F；

(8)向溶液F中逐滴加入100mL硫代硫酸鈉溶液；

(9)經過半小時的反應后，通過真空抽濾收集產物，用去離子水洗滌，40℃干燥12小時獲得干燥產物。