[發(fā)明專利]基于爆米花基多孔炭材料電極的制備方法及其用途

在審

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• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113582302A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余靜;蒙日桂;吳秉寰
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C01B32/348;C01B32/318
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 董旭東

本發(fā)明公開了基于爆米花基多孔炭材料電極的制備方法及其用途，其先將玉米粒進(jìn)行微波膨化至焦碳狀；然后將微波后爆米花炭片與化學(xué)活化劑研磨混合，隨后在氮?dú)獾臍夥障逻M(jìn)行氣化反應(yīng)形成爆米花多孔炭；再將產(chǎn)物研磨成粉末狀，并用鹽酸洗滌爆米花多孔炭，接著用去離子水清洗爆米花多孔炭至電中性，將爆米花多孔炭置于烘箱內(nèi)烘干；取爆米花多孔炭、導(dǎo)電炭黑和聚偏氟乙烯置于N?甲基吡咯烷酮中完全混合，得電極漿液；用涂膜器將電極漿液均勻涂覆在泡沫鎳表面，在真空干燥箱中烘干，得到爆米花基多孔炭材料電極。該爆米花基多孔炭材料電極安裝于電容去離子裝置中，作為脫鹽用的電極使用；本發(fā)明降低了電極制備成本，采用反應(yīng)物綠色健康。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電極材料，特別涉及一種脫鹽用的電極制備方法以及該電極的用途。

背景技術(shù)

水資源短缺是21世紀(jì)全人類面臨的重大挑戰(zhàn)。目前，全世界大約有三分之一的人口生活在水資源緊張的國家，預(yù)計(jì)到2025年，該數(shù)字將上升至三分之二。現(xiàn)階段增加水供應(yīng)的方法有水體淡化和水資源再生利用，其中水體淡化技術(shù)具備高水質(zhì)供應(yīng)的潛質(zhì)。

相比于反滲透、電滲析和熱蒸發(fā)等傳統(tǒng)水體淡化技術(shù)，電容去離子技術(shù)（CDI）具有低能耗、低成本和環(huán)保綠色的優(yōu)勢，該技術(shù)今年來成為水體淡化技術(shù)的研究熱點(diǎn)。電極材料是CDI技術(shù)的核心，然而，電極材料的高成本和繁瑣的制備方法制約了CDI電極的進(jìn)一步發(fā)展。生物質(zhì)是構(gòu)建活性碳材料最長使用的原料之一，生物質(zhì)材料具有豐富、廉價(jià)、清潔、可再生等優(yōu)點(diǎn)，因此，將生物質(zhì)（爆米花）制備為CDI電極具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用潛力。現(xiàn)有技術(shù)中缺乏這樣的應(yīng)用手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于爆米花基多孔炭材料電極的制備方法及其用途，使得該電極可以用于電脫鹽中，且其電極制備成本低，采用反應(yīng)物綠色健康。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于爆米花基多孔炭材料電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟1）將玉米粒放入微波爐內(nèi)進(jìn)行微波膨化至焦碳狀，獲得成爆米花炭片；

步驟2）將爆米花炭片與化學(xué)活化劑研磨混合；所述化學(xué)活化劑為KHCO3；爆米花炭片與化學(xué)活化劑按質(zhì)量比為1：（3-5）；

步驟3）將混合物置于管式爐內(nèi)，在氮?dú)獾臍夥障律郎兀簧郎厮俾蕿?-5℃/min，升溫至750-850℃，保溫時(shí)間為1.5-2.5h；形成爆米花多孔炭；

步驟4）將步驟3）處理后的爆米花多孔炭研磨成粉末狀，先用鹽酸洗滌爆米花多孔炭，再用去離子水清洗爆米花多孔炭至電中性，將爆米花多孔炭置于烘箱內(nèi)烘干；

步驟5）將泡沫鎳置于無水乙醇中，并超聲清洗，清洗干凈后放入干燥箱中烘干；

步驟6）取爆米花多孔炭、導(dǎo)電炭黑和聚偏氟乙烯置于N-甲基吡咯烷酮中完全混合，得電極漿液；所述爆米花多孔炭、導(dǎo)電炭黑、聚偏氟乙烯及N-甲基吡咯烷酮的質(zhì)量比為（8-10）：1：1：（4-6）；

步驟7）用涂膜器將電極漿液均勻涂覆在泡沫鎳表面；涂抹厚度0.3-0.5mm；然后在真空干燥箱中烘干，得到爆米花基多孔炭材料電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

（1）采用廉價(jià)綠色的生物質(zhì)-玉米作為電容去離子電極材料，降低了制備電極材料的成本，所涉及的反應(yīng)物無毒無害，產(chǎn)物無污染，符合綠色化學(xué)的要求；