[發(fā)明專利]由菌絲體衍生碳構(gòu)建的電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210379547.1
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114715985A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙琛;張會剛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種由菌絲體衍生碳構(gòu)建的電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)，包括電源、脫鹽單元，所述脫鹽單元包括電極槽，所述電極槽內(nèi)設(shè)有陰極、陽極，所述陰極和陽極的活性物質(zhì)均為菌絲體經(jīng)碳化制得的菌絲體衍生碳材料。本發(fā)明首次提出了使用真菌的菌絲體衍生碳進行電化學(xué)脫鹽的方法，在提高單位質(zhì)量脫鹽量的同時，能大幅度提高脫鹽速度，降低了循環(huán)周期和時間成本，有利于資源利用和環(huán)境保護。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)，尤其涉及一種由菌絲體衍生碳構(gòu)建的電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著人類對淡水需求的增加，許多海水淡化技術(shù)被采用以解決淡水供應(yīng)問題。廣泛使用的海水淡化技術(shù)包括膜蒸餾、反滲透、離子交換和電滲析，這些技術(shù)都有一定的缺點。膜蒸餾和反滲透采用熱能和壓力能作為脫鹽能源，能源密度高；離子交換和電滲析需要使用昂貴的離子交換膜，易損壞的膜帶來巨大的成本。

電容去離子脫鹽技術(shù)(CDI)是一種利用雙電層電容材料電吸附溶液中的鹽離子進行海水淡化和脫鹽的技術(shù)。CDI傳統(tǒng)上依賴于廉價的活性碳電極來脫鹽。工業(yè)活性碳顆粒不均勻，比表面積很低，嚴重影響了除鹽效果，并且在高鹽度、高電壓的環(huán)境下工作時，活性碳也會受到一定的腐蝕。CDI碳基材料的電容性質(zhì)直接影響著脫鹽的效果，良好的電容性質(zhì)需要高的比表面積、優(yōu)異的親水性、高導(dǎo)電性、快速的離子吸附響應(yīng)以及長時間的穩(wěn)定性，因此需要開發(fā)一種簡單易制備的碳材料滿足以上優(yōu)勢特征。

生物碳通常是在中等溫度(400～800℃)下生物質(zhì)前驅(qū)體碳化所得，生物碳保留了生物質(zhì)的原生結(jié)構(gòu)，但多孔性差活性低，未經(jīng)處理的生物碳僅具有有限的脫鹽性能。生物碳因其易于化學(xué)活化處理，可以形成獨特的三維互連多孔結(jié)構(gòu)。改良的衍生碳具有高比表面積、大孔體積和精心定制的孔尺寸等優(yōu)點，一般修飾的生物碳包含各類孔結(jié)構(gòu)。生物碳自身含有營養(yǎng)物質(zhì)，可以形成自摻雜，雜原子能改善碳孔的表面性質(zhì)，形成高極性和親水性中心。然而，生物中的一些生物質(zhì)材料，由于其來源于功能化不同的組織，可能不會有利于離子的吸附、解吸和傳輸過程。

相對比其它技術(shù)，CDI工藝的低脫鹽能耗是非常有利的，但要實現(xiàn)其工業(yè)化的應(yīng)用，如何提高碳材料的脫鹽性能和脫鹽循環(huán)速度是一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能大幅度提高脫鹽速度、降低循環(huán)周期和時間成本的由菌絲體衍生碳構(gòu)建的電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的由菌絲體衍生碳構(gòu)建的電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)，包括電源、脫鹽單元，所述脫鹽單元包括電極槽，所述電極槽內(nèi)設(shè)有陰極、陽極，所述陰極和陽極的活性物質(zhì)均為菌絲體經(jīng)碳化制得的菌絲體衍生碳材料。

其中，所述的由菌絲體衍生碳構(gòu)建的電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)還包括用于將待脫鹽的鹽水溶液輸送到電極槽內(nèi)的輸送機構(gòu)；所述輸送機構(gòu)優(yōu)選為輸送泵；電源優(yōu)選為恒壓電源。電極槽內(nèi)陰極和陽極平行排列，陰極和陽極之間放置有隔板，需要時也可以在陰極和陽極之間設(shè)置隔膜，本發(fā)明中的陰極、陽極、隔板、隔膜的組裝方式按照現(xiàn)有技術(shù)組裝即可。電極槽設(shè)有入水口和出水口。鹽水溶液與電極槽形成回路，液流管接入電極槽的入水口和出水口，液流管的其余兩端分別連接輸送機構(gòu)和鹽水溶液。陽極、陰極分別與恒壓電源的正、負極連接。其中，陰極和陽極的面積優(yōu)選為10cm×10cm，電極間距優(yōu)選為1cm；鹽水溶液與電極槽內(nèi)的流動的流速為10～50mL min^-1。電極槽中的電解質(zhì)為需要脫鹽的鹽水溶液；具體可以為高濃度NaCl溶液或者由Na⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、Cl^-、SO₄^2-、PO₄^3-中任意兩種或兩種以上離子組成的可溶物溶液；通入的鹽水濃度優(yōu)選為200-5000mg/L；施加的電壓優(yōu)選為0.8-1.4V，更優(yōu)選為1.0-1.4V。

其中，所述菌絲體經(jīng)碳化后，再經(jīng)造孔劑造孔制得；其中，碳化和造孔的過程在惰性氛圍下進行。