[發明專利]一種利用玉米秸稈制備電容去離子電極的方法

在審

• 申請號: 202110304550.2
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113035592A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 萬家峰;劉金橋;張慧迪
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/22;H01G11/24;H01G11/44
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本發明提供了一種用于電容去離子的玉米秸稈基生物質炭電極片的制備方法，其制備方法包括：將預處理過的玉米秸稈于惰性氣體氛圍下，在管式加熱爐中加熱至500℃，并保持1小時，得到預碳化樣品；將預碳化樣品與KOH按一定質量比例充分混合研磨成粉末；將混合物于管式加熱爐中，在700℃、800℃、900℃下保持1小時；使用鹽酸溶液將得到的生物質炭粉末進行中和、清洗，得到最終生物質炭粉末；在水浴鍋加熱攪拌條件下，將無水乙醇、聚四氟乙烯和生物質炭粉末充分混合，得到的膏體混合物用熱壓機壓在不銹鋼網上，并用去離子水洗凈烘干。本發明所制備的電極比表面積大、循環穩定性強、吸附性能好，且制備方法簡單、生產成本低，屬于廢物資源化利用。

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

水作為自然界中一種極其重要的自然資源，是人類生活、生產過程中必不可少的物質基礎。盡管，在地球上，水的面積占地球總面積的71%，但是能被我們用來直接開發利用的淡水資源還不及水資源總量的1%。與此同時，由于工業、農業水平以及活動的高速發展，再加之政策管理不到位、監管力度不足等問題，使得大量的處理不達標的廢水直接排放到環境中，其中，重金屬污染是水體污染中極為常見的一種形式。如果重金屬廢水一旦大量流入到環境當中，將難以被降解，它會隨著生物鏈系統被無限富集，產生嚴重的環境水體污染問題，對社會生產生活帶來極大的威脅。

傳統的重金屬廢水處理方法包括離子交換法、化學沉淀法、吸附法和膜分離法等，但這些方法存在著產生二次污染、能耗大等負面影響，而電容去離子技術具有能耗小、成本低、無二次污染以及再生方便的優勢，是一種綠色節能環保的新興水處理技術。其中，電極材料是影響電容去離子效果的最關鍵因素，生物質材料由于其具有低成本和資源豐富的特點，已經被廣泛應用于微生物燃料電池等領域，而在電容去離子領域報道較少。玉米秸稈是一種生長于熱帶和溫帶地區的重要谷物，它富含豐富的化學微量元素。但我國卻存在著嚴重的焚燒玉米秸稈的現象，對空氣造成了極大的污染。將玉米秸稈作為生物質材料，利用其制作吸附劑，不僅可以緩解焚燒帶來的空氣污染問題，還可以利用其凈化水體，起到了雙重的效果。故本發明以玉米秸稈為制作吸附劑的生物質材料，制作出的多孔碳材料（CSPC）具有比表面積大、循環穩定性強、吸附性能好的特點。此外，由于其具有三維多級孔結構，該電極材料可以在與電解質的界面處形成厚的雙層以存儲大量電荷，從而產生較高的比電容。這種優異的電化學性能證明了其作為電容去離子中的電極材料的巨大潛力。

發明內容

綜上所述，本發明旨在開發一種低成本、環境友好的玉米秸稈基生物質炭電極的制備方法，由于該電極材料具有比表面積大、循環穩定性強、吸附性能好的特點，故可以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如下：

a、玉米秸稈的預處理：玉米秸稈用去離子水進行清洗，置于烘箱中烘干，剪成小段然后粉碎；

b、玉米秸稈的預碳化：將適量的玉米秸稈粉末置于石英舟內，在氮氣作為保護氣的條件下，在管式加熱爐內加熱煅燒處理，并在氮氣作為保護氣體的條件下冷卻至室溫，即可得到預碳化的玉米秸稈多孔碳；

c、玉米秸稈的活化：將預碳化的樣品置于研缽中研磨成粉末，加入一定比例的KOH混合并充分研磨后放在瓷舟中，然后在氮氣作為保護氣體的條件下，在管式加熱爐中加熱至一定溫度后，再使其降低至室溫；

d、洗滌到中性：煅燒后的樣品置于研缽中研磨，將研磨后的樣品與適量的去離子水和濃鹽酸置于燒杯中，用磁力攪拌器攪拌12h后即可離心，直到溶液的pH呈現中性。最后將離心后得到的殘渣放入烘箱中，在120°C下烘干12 h，得到多孔生物質炭材料；