一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電極材料及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容吸附脫鹽是一種基于雙電層電容原理的靜電吸附脫鹽技術(shù)。在外加電源的作用下，溶液中陰、陽離子在靜電場的作用下向相反的電極移動并吸附在電極上，實現(xiàn)淡化鹽水的目的。
[0003]制備低耗高效的電極材料一直是電容吸附脫鹽技術(shù)的關(guān)鍵所在。多孔碳材料因其具有高比表面積、孔隙發(fā)達(dá)、導(dǎo)電性良好、來源廣泛等優(yōu)點在電極材料方面應(yīng)用廣泛。其中活性炭、炭氣凝膠、碳納米管、石墨烯、碳纖維等材料已被用于電容吸附脫鹽電極的研究。但是實際電容脫鹽應(yīng)用時，在施加電源充電的過程中，由于共離子的排斥作用，電極內(nèi)部相同離子消耗電能被排除到溶液中，導(dǎo)致脫鹽效率和電極效率降低，增加其能耗。這一問題限制了多孔碳電極材料在電容吸附脫鹽領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0004]分子篩結(jié)構(gòu)具有孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴，同時分子篩具有良好的離子交換性，其中心極性很強(qiáng)，其表面具有的荷電基團(tuán)能夠調(diào)變材料的Zeta電位，可起到離子傳輸和存儲的作用，有利于離子擴(kuò)散和吸附，是一種性能優(yōu)異的分離吸附劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料及其制備方法，該方法操作簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用；制備的分子篩/多孔碳復(fù)合電極能夠提尚對尚子的吸附選擇性，提尚其脫鹽性能。
[0006]本發(fā)明的一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料，所述分子篩結(jié)構(gòu)材料與多孔碳材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為10?40%:60?90%。
[0007]本發(fā)明的一種電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料的制備方法，包括:
[0008 ] (I)將多孔碳材料和分子篩結(jié)構(gòu)材料分散在去離子水中，得到分散液，加入粘合劑，得到混合液，攪拌，烘干，得到復(fù)合材料;分子篩結(jié)構(gòu)材料與多孔碳材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為10?40%:60?90% ;粘合劑占分子篩結(jié)構(gòu)材料與多孔碳材料質(zhì)量之和的6?10% ;
[0009](2)將步驟(I)中的復(fù)合材料料潤濕，輥壓壓覆在惰性導(dǎo)體上，得到電容吸附脫鹽用分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料。
[0010]所述步驟(I)中多孔碳材料為活性炭、導(dǎo)電石墨、碳納米管、碳纖維和碳?xì)饽z中的至少一種。
[0011 ]所述步驟(I)中分子篩結(jié)構(gòu)材料的顆粒直徑為50納米-20微米。
[0012]所述步驟(I)中分子篩結(jié)構(gòu)材料為硅鋁分子篩、磷酸鋁分子篩、含雜原子分子篩和金屬有機(jī)多孔骨架中的至少一種。
[0013]所述硅鋁分子篩為八面沸石、絲光沸石、ZSM_5、i3型和L型分子篩中的至少一種;磷酸招分子篩為A1P0-5和A1P0-11分子篩中的至少一種。
[0014]所述步驟(I)中分散液的濃度為20?80mg/mL。
[0015]所述步驟(I)中粘合劑為聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯中的至少一種。
[0016]所述步驟(I)中攪拌為常溫、常壓下機(jī)械攪拌，攪拌速率為200-500r/min，攪拌時間為2?4h;烘干的溫度為80?100°C。
[0017]所述步驟(2)中潤濕為用少量乙醇潤濕。
[0018]所述步驟(2)中惰性導(dǎo)體為鈦、石墨和泡沫鎳中的至少一種。
[0019]所述步驟(2)中復(fù)合電極材料的厚度為0.l-2mm。
[0020]所述步驟(2)中復(fù)合電極材料直接作為電極應(yīng)用到電容器的制備中。
[0021]本發(fā)明制備的電極能夠有效減少共離子的排斥作用，具有高電流效率、高脫鹽量等優(yōu)異的脫鹽性能，應(yīng)用于海水和苦咸水的淡化，具有應(yīng)用價值。
[0022]本發(fā)明以分子篩結(jié)構(gòu)化合物為添加劑和多孔碳材料摻雜共混，制備分子篩/多孔碳復(fù)合電極材料。一方面分子篩結(jié)構(gòu)化合物的摻雜能夠提高電極的親水性，有利于離子的迀移和傳輸，另一方面分子篩結(jié)構(gòu)化合物能夠調(diào)節(jié)活性吸附位點附近的表面電勢分布，減少共離子的排斥，提高電極的離子選擇性，從而提高電容器的電流效率。通過對分子篩結(jié)構(gòu)化合物的Zeta電位及極化分析，研究分子篩/多孔碳材料復(fù)合組裝成不對稱電容器，該方法制備的分子篩/多孔碳復(fù)合電極能夠提高對離子的吸附選擇性，提高其脫鹽性能。
[0023]本發(fā)明中由于分子篩具有發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)及良好的離子交換性和親水性，因此將其添加到碳材料中，可起到離子傳輸和存儲的作用；同時可以根據(jù)分子篩表面的荷電基團(tuán)也能調(diào)變電極的Zeta電位，更利于離子擴(kuò)散和吸附。所摻雜的分子篩可有效提高電容器的電荷效率，改善脫鹽性能，在電容脫鹽方面擁有潛在的應(yīng)用前景，可廣泛用于苦咸水與海水的淡化，硬水軟化等領(lǐng)域。
[0024]有益效果
[0025](I)本發(fā)明的電極制備方法操作簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用；
[0026](2)本發(fā)明的分子篩主要為荷負(fù)電荷特性，因此制備電極作為負(fù)極組裝不對稱電容脫鹽裝置進(jìn)行脫鹽，能夠提高對陽離子的傳輸，減少電極表面共離子排斥;有效改善普通電極的電流效率低，能耗高的問題。
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1中HSZ-1/AC電極的SEM形貌圖；
[0028]圖2為實施例1中不對稱電容器(ACI IHSZ-1/AC)在恒流充放電模式下電導(dǎo)率和電壓隨時間的變化曲線；
[0029]圖3為實施例2中HSZ-2/AC電極的SEM形貌圖；
[0030]圖4為實施例2中不對稱電容器(ACI IHSZ-2/AC)在恒流充放電模式下電導(dǎo)率和電壓隨時間的變化曲線。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0032]實施例1
[0033]取高硅含量H型β分子篩HSZ-1為摻雜組分，其性質(zhì)如下:Si02/Al203摩爾比為40:1，