本发明专利技术公开了一种鳞片石墨掺杂的二元碳材料复合电极、制备及其在电吸附脱盐上的应用。该鳞片石墨掺杂的二元碳材料复合电极是将活性炭粉末、石墨烯和碳纳米管等碳材料与鳞片石墨按照不同比例混合后；将其与粘结剂混合均匀，溶解在有机溶剂中，经过搅拌、超声、研磨及在模具成型步骤，制备出不同比表面积和吸附容量的电极材料。该材料可作为利用电吸附技术有效脱盐的功能化电极，可以广泛应用于二级生化出水脱盐等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种，属于电容去离子领域。
技术介绍
电吸附是一种基于电化学双电层电容理论的电吸附脱盐技术。具有脱盐效率高、低能耗、无二次污染、成本低、环境友好等优点。其广泛应用在海水脱盐、家庭和工业用水软化、废水净化、半导体加工中高纯水的制备和农业灌概用水脱盐等领域。电吸附是近几十年随着碳材料科学的发展而日益广受重视的新型脱盐技术。自I960年，Grahame首先提出电容去离子技术，电吸附脱盐经过五十多年的研究，已经取得一定研究进展。上个世纪90年代，美国劳伦斯实验室Farmer教授首先制备了碳气凝胶材料，用其作为吸附电极，能够有效地去除水中的NaCl ；2000年后，南澳大学Zou教授等人运用石墨烯、碳纳米管和活性炭纤维等作为电极，有效地提高电极的吸附容量、导电性和吸附效率；2012年，韩国国家材料研究所Kim等人通过将树脂与活性炭材料复合，制备选择性去除硝酸盐的复合电极，该电极能够有效去除水中的硝酸盐。在上述研究基础上，各国研究者运用新型的电极材料制备电吸附装置，并将其运用在实际工程中。目前，电吸附技术已经能够很好地用在工业废水脱盐和海水淡化等方面。但是，由于碳气凝胶等制备方法复杂，条件苛刻；碳纳米材料的价格比较昂贵，制备较困难，很难工业化生产。因此，亟需开发较高比表面积、高吸附容量和易导电的碳材料。然而，商品化的活性炭材料内部的孔道没有得到充分利用，且材料本身导电性不好，电极容易老化或者被污染。因此，作为电极材料，如果能够增加材料的比表面积或者提高其导电性，即会解决吸附效率低、成本高和电极寿命短等问题。鳞片石墨优点较多，具体包括:极强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性；极强的抗高、低温、抗腐蚀、抗辐射特性；极强的抗震特性；极强的电导率；极强的抗老化、抗扭曲的特性等。因此，鳞片石墨作为导电剂和吸附材料非常适合。本专利技术有效利用其性质，将其与碳材料掺杂，发挥二元复合材料的协同增效作用，提高电极材料性能，进一步拓展在电吸附脱盐领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用低成本廉价的原料、操作简单的方法实现导电材料与碳材料复合，将制备出的具有优异导电性和吸附性能的电极材料应用于电吸附脱盐中。实现本专利技术目的的技术解决方案是:一种鳞片石墨与碳材料复合电极，通过分散在有机溶剂中的粘结剂将鳞片石墨与碳材料的复合材料固定在电极片上，经过压膜成型，真空烘干制得所述电极。上述复合材料中电极片为铝、镍、钛、铜、不锈钢材料的网、箔膜或海绵体。上述复合材料中鳞片石墨与碳材料的质量比为:碳材料:鳞片石墨=(99:1Γ(1:2)。上述复合材料中所述的碳材料选自活性炭、石墨烯、碳纳米管、介孔碳、碳纤维、碳气凝胶或多孔碳中的一种。上述有机溶剂选自乙醇、甲醇或异丙醇中的一种或几种的混合物。上述粘结剂选自PTFE、PVDF或聚乙二醇中的任意一种。将上述鳞片石墨与碳材料复合电极应用于电吸附脱盐中。所述的盐为NaCl，所述的吸附时间为10~150分钟，脱附时间为10~150分钟，通电电压为1.1?1.0V。与现有技术相比，本专利技术的优点是: 本专利技术提供了一种鳞片石墨与碳材料复合电极的制备方法并且将其作为电吸附脱盐电极，根据该方法制备的电极，具有优良的吸附和脱附动力学性能，良好的导电性能，可以在饮用水净化、城市生活污水脱盐处理等领域得到广泛的应用。【附图说明】图1为本专利技术实施例4中的电极材料SEM图。图2为本专利技术实施例6中的交流阻抗结果。图3为本专利技术实施例6对NaCl的吸附情况。【具体实施方式】本专利技术提供的电吸附装置与文献报道的电吸附装置结构相同，有正极、负极、隔膜等部分组成。其中正极和负极有一极或两极有含高比表面的导电材料与碳材料复合材料组成。本专利技术具体步骤如下: (a)将鳞片石墨与碳材料的复合材料溶于有机溶剂中，混合均匀； 其中碳材料与鳞片石墨的质量比为(99:1~1:2)，有机溶剂选自乙醇、甲醇或异丙醇中的一种或几种混合物； (b)配置粘结剂，将粘结剂溶于有机溶剂中，混合质量比为(10:7~1:2)，其中，有机溶剂选自乙醇、甲醇、异丙醇或DMAC中的一种或者几种； (c)将(a)与(b)混合均匀，用研钵研磨，超声6~8小时； (d)将其均匀涂到电极片上，并且真空80°C烘干24小时以上得到电极； (e)使用电极前将其浸泡在超纯水中过夜，洗去表面物质。实施例1 将粉末活性炭10 g、鳞片石墨10 g按照1:1的比例混合，溶于300 mL乙醇中，混合均匀，在研钵中碾磨均匀，超声3小时。将粘结剂PTFE 66 g(含量60%)按比例(复合材料:粘粘剂)=1:2溶于200 mL乙醇中，分散1小时。将两者混合均匀，超声3小时。混合后的溶液涂于电极片上，真空80 °C烘干24小时。对新型材料做电吸附研究:制备好的电极在超纯水中浸泡24小时。将制备的复合材料电极片安装到电吸附装置中，作为正负极，两极通电为1.6 V，取100 mg/L NaCl溶液1 L脱盐，吸附时间60分钟，脱附时间120分钟，脱盐率可以达到80%。实施例2 将粉末活性炭18 g、鳞片石墨2 g按照9:1的比例混合，溶于300 mL乙醇和甲醇(1:1)混合溶剂中，混合均匀，在研钵中碾磨均匀，超声3小时。将粘结剂PTFE 23.1 g (含量60%)按比例(复合材料:粘粘剂)=10:7溶于200 mL乙醇中，分散1小时。将两者混合均匀，超声3小时。混合后的溶液涂于电极片上，真空80 °C烘干24小时。对新型材料做电吸附研究:制备好的电极在超纯水中浸泡24小时。将制备的复合材料电极片安装到电吸附装置中，作为正负极，两极通电为2.0 V，取100 mg/L NaCl溶液1 L脱盐，吸附时间150分钟，脱附时间60分钟，脱盐率可以达到90%。实施例3 将粉末活性炭14 g、鳞片石墨6 g按照7:3的比例混合，溶于300 mL异丙醇中，混合均匀，在研钵中碾磨均匀，超声3小时。将粘结剂PTFE 66 g (含量60%)按比例(复合材料:粘粘剂)=1:2溶于200 mL乙醇中，分散1小时。将两者混合均匀，超声3小时。混合后的溶液涂于电极片上，真空80 °C烘干24小时。对新型材料做电吸附研究:制备好的电极在超纯水中浸泡24小时。将制备的复合材料电极片安装到电吸附装置中，作为正负极，两极通电为1.8 V，取100 mg/L NaCl溶液1 L脱盐，吸附时间40分钟，脱附时间60分钟，脱盐率可以达到80%。实施例4 将粉末活性炭18 g、鳞片石墨2 g按照9:1的比例混合，溶于300 mL乙醇中，混合均匀，在研钵中碾磨均匀，超声3小时。将粘结剂PTFE 33 g (含量60%)按比例(复合材料:粘粘剂)=1:1溶于200 mL乙醇中，分散1小时。将两者混合均匀，超声3小时。混合后的溶液涂于电极片上，真空80 °C烘干24小时。对新型材料做电吸附研究:制备好的电极在超纯水中浸泡24小时。方法同实施例1，将制备的复合材料电极片安装到电吸附装置中，作为正负极，通电1.7 V，取100 mg/LNaCl溶液1 L脱盐，吸附时间150分钟，脱附时间40分钟，脱除水体中的盐份。脱盐率可以达到84%。图1为复合电极的扫描电镜，从图中可以看到活性炭和鳞片石墨同时存在。实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种鳞片石墨掺杂的二元碳材料复合电极，其特征在于，通过分散在有机溶剂中的粘结剂将鳞片石墨与碳材料的复合材料固定在电极片上，经过压膜成型，真空烘干制得所述电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李爱民，宋海欧，王长明，王柏俊，姚志建，张洋阳，于伟华，
申请(专利权)人：南京大学，南京大学盐城环保技术与工程研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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