一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，包括：(1)利用水热法制备得到纳米复合材料前驱体；将前驱体干燥，得到黑色粉体，煅烧，再经研磨得到均匀的石墨烯/铁氧体纳米复合材料；(2)将活性炭、碳纳米管、炭黑、石墨烯/铁氧体纳米复合材料、聚四氟乙烯分散于乙醇或者去离子水中，加热搅拌，得到半固体状态的浆料，利用对辊机多次辊压，即得。本发明专利技术制备得到的电极材料具有较大的比表面，良好的机械性能、电化学性能与循环稳定性能，优异的吸脱附性能；可连续化制备大面积电极薄膜，应用于电容去离子、超级电容器等技术领域，为工业化生产提供了技术支持。

Preparation method of graphene / ferrite nano composite electrode material

The invention relates to a graphene / ferrite nano composite electrode material preparation method, including: (1) nano composite material can be prepared by hydrothermal method; the precursor obtained black powder, drying, calcination, grinding the graphene / uniform ferrite nano composite materials; (2) the activated carbon, carbon black, carbon nanotubes, graphene / ferrite nanocomposites, PTFE dispersed in ethanol or deionized water, heating and stirring slurry, semi solid state, the use of multiple roller rolling, i.e.. The electrode material prepared by the invention has large specific surface, mechanical properties, electrochemical properties and the cyclic stability good, desorption performance; continuous preparation of large area thin film electrode, applied to the technical field of capacitive deionization, super capacitor, which provides technical support for industrialized production.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法
本专利技术属于石墨烯复合材料领域，特别涉及一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法。
技术介绍
随着现代化经济的快速发展，科技水平和人民的生活水平的不断提高，气候变化、环境污染、水资源分布，以及全球对淡水的需求量不断上升，很多国家面临淡水资源严重短缺的危机。淡水资源危机成为世界各国亟待解决的问题，面对严峻现状，海水淡化和水处理技术受到了越来越多人的关注，寻求具有绿色高效的海水脱盐处理技术是解决淡水资源短缺问题的重要途径。目前，广泛使用的海水淡化技术包括：反渗透、电渗析法和热蒸发法等。但这些技术都有一定的局限性，普遍存在能耗高，成本高及二次污染等问题。面对淡水资源的需求，新兴技术如膜蒸馏、电渗析、电容去离子等方法不断发展，研发出了具有低成本、高效率和环境友好的新型绿色脱盐技术。其中电容去离子技术是一种能源节约型技术，可再生性能优异，并且不存在二次污染问题，成为目前研究的热点。目前，制备具有循环再生能力且比电容理论上为定值的电极材料是电容去离子(CDI)技术中的重中之重。在除盐过程中，电极材料须具有超高的比表面和良好的电导率，通常为多孔导电材料，可以提供更多的空位，在吸附过程中提供较高的电容量和良好的离子传输速率，提高电极的比电容。一般来说，多孔碳材料均能满足CDI电极的上述条件，是一种理想的CDI电极材料。制作CDI电极，我们不能只用碳颗粒，而是需要由这些颗粒组成的膜。目前研究报道的碳电极材料主要包括:活性炭、碳气凝胶、介孔碳、碳纳米管和石墨烯。一般CDI膜电极制备与储能器件电极制备相似：碳材料与聚合物粘结剂彻底混合，辊压，干燥，或直接涂在集流器上。其中，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角蜂巢型平面的二维纳米材料，具有良好的导电性和比表面，使其成为最为适合的电极材料。与此同时，纳米碳管特殊的中空结构、大的比表面积、低的电阻率和高的稳定性，使其广泛应用于超级电容器，并取得了很好的脱盐效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，该方法制备得到的电极材料具有较大的比表面，良好的机械性能、电化学性能与循环稳定性能，优异的吸脱附性能；可连续化制备大面积电极薄膜，应用于电容去离子、超级电容器等
，为工业化生产提供了技术支持。本专利技术的一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，包括：(1)将铁盐与其他金属盐溶于去离子水中，搅拌至溶解均匀，得到混合盐溶液；然后将混合盐溶液与石墨烯混合，搅拌得到分散液A；其中，铁盐与其他金属盐的摩尔比为1.5～2.5:1，石墨烯与其他金属盐的质量比为1.5～2.5:1；(2)将聚乙烯醇和草酸按质量比1:5～10溶于去离子水中，加热搅拌均匀得到聚乙烯醇与草酸的混合溶液；将混合溶液加入上述分散液A中，搅拌、超声，得到分散液B；(3)将分散液B转移至反应釜中进行水热反应，产物经过离心、干燥、在保护气氛下煅烧、研磨，得到石墨烯/铁氧体纳米复合材料；(4)将活性炭、碳纳米管、炭黑与石墨烯/铁氧体纳米复合材料按质量比1～8:0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5分散于去离子水或者乙醇溶液中，超声分散得到碳材料分散液；然后将聚四氟乙烯浓缩液分散于乙醇溶液中，搅拌得到聚四氟乙烯分散液，再加入至碳材料分散液中，经超声处理、加热搅拌，得到半固态浆料；最后将半固态浆料在辊压机上碾压，即得石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料。所述步骤(1)中的其他金属盐为锌盐、锰盐、钴盐中的一种或几种；铁盐与其他金属盐的阴离子为硝酸根离子、硫酸根离子或氯离子。所述步骤(2)中的聚乙烯醇的分子量为700～1500。所述步骤(2)中的草酸与其他金属盐的摩尔比为2.5～3.5:1。所述步骤(2)中的超声具体工艺参数为：超声波分散机的功率100～400w，超声时间为0.3～12h。所述步骤(1)和(2)中的搅拌速率为2500～3500r/min，搅拌时间为20～40min。所述步骤(3)中的水热反应温度为120～200℃，反应时间为6～24h。所述步骤(3)中的离心速度为6000～10000r/min，离心时间为10～30min；干燥温度为60～100℃，干燥时间为6～12h；煅烧温度为400～500℃，升温速度为1～2℃/min，煅烧时间为1～4h。所述步骤(4)中的聚四氟乙烯浓缩液的浓度为98wt％；聚四氟乙烯分散液中聚四氟乙烯为0.1～6wt％；碳材料分散液中的聚四氟乙烯分散液含量为5～20wt％；活性炭与聚四氟乙烯的质量比为1～8:0.5～1.5。所述步骤(4)中的超声分散和超声处理具体工艺参数为：超声波分散机的功率为100～400w；超声时间为0.3～12h；加热搅拌具体工艺参数为：加热温度为30～70℃，搅拌速率为2500～3500r/min，搅拌时间为0.5～6h。所述步骤(4)中的辊压机辊间距距离为50～1000μm，转速为5～90r/min。铁基复合氧化物吸附剂具有吸附效果好、制备操作简单、成本低、材料来源广、并且使用后不会产生二次污染等优点，本专利技术通过向碳材料中引入铁基氧化物/石墨烯的复合产物，制备复合薄膜，发挥各组分的优势，以提高电极材料的性能和CDI技术的脱盐效果。因此，基于石墨稀电极的超级电容器的容量可达到600F/g以上，本专利技术的石墨烯/铁氧体(XFe2O4)纳米复合电极材料在CDI技术中有着巨大应用潜力，是当前CDI材料研究的热点之一。有益效果(1)本专利技术制备方法简单，制作成本低廉，易于操作，是一种便捷的制备电极材料的工艺；可连续化制备大面积电极薄膜，应用于电容去离子、超级电容器等
，为工业化生产提供了技术支持；(2)本专利技术通过石墨烯和铁氧体水热复合，铁氧体均匀地生长于石墨烯表面，制备得到具有较纯晶相的石墨烯/铁氧体复合材料。(3)本专利技术通过石墨烯和铁氧体的水热复合，使得石墨烯和铁氧体两者的优点充分的结合在一起，有效抑制石墨烯和铁氧体的自团聚，从而为制备多级结构的高性能复合材料奠定了基础。(4)本专利技术所制备的电容去离子电极材料有很好的机械性能、电化学性能和吸脱附性能。这些良好的物理和化学性能保证了电极材料在额外的外加电压下，通过水处理装置表现出良好的吸脱附能力，具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备石墨烯/铁氧体纳米复合材料的扫描电镜图；图2为实施例1制备石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的循环稳定性曲线图；图3为实施例1和2制备石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的CV曲线图；图4为实施例1制备石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料在一定条件下的盐的吸脱附曲线图；图5为实施例2制备石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的扫描电镜图；图6为实施例2制备石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的氮的吸脱附曲线图；图7为实施例3制备石墨烯/铁氧体复合材料的XRD图；图8为实施例3制备石墨烯/铁氧体复合材料的红外曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)称取2.78g七水硫酸亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，包括：(1)将铁盐与其他金属盐溶于去离子水中，搅拌至溶解均匀，得到混合盐溶液；然后将混合盐溶液与石墨烯混合，搅拌得到分散液A；其中，铁盐与其他金属盐的摩尔比为1.5～2.5:1，石墨烯与其他金属盐的质量比为1.5～2.5:1；(2)将聚乙烯醇和草酸按质量比1:5～10溶于去离子水中，加热搅拌均匀得到聚乙烯醇与草酸的混合溶液；将混合溶液加入上述分散液A中，搅拌、超声，得到分散液B；(3)将分散液B转移至反应釜中进行水热反应，产物经过离心、干燥、在保护气氛下煅烧、研磨，得到石墨烯/铁氧体纳米复合材料；(4)将活性炭、碳纳米管、炭黑与石墨烯/铁氧体纳米复合材料按质量比1～8:0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5分散于去离子水或者乙醇溶液中，超声分散得到碳材料分散液；然后将聚四氟乙烯浓缩液分散于乙醇溶液中，搅拌得到聚四氟乙烯分散液，再加入至碳材料分散液中，经超声处理、加热搅拌，得到半固态浆料；最后将半固态浆料在辊压机上碾压，即得石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，包括：(1)将铁盐与其他金属盐溶于去离子水中，搅拌至溶解均匀，得到混合盐溶液；然后将混合盐溶液与石墨烯混合，搅拌得到分散液A；其中，铁盐与其他金属盐的摩尔比为1.5～2.5:1，石墨烯与其他金属盐的质量比为1.5～2.5:1；(2)将聚乙烯醇和草酸按质量比1:5～10溶于去离子水中，加热搅拌均匀得到聚乙烯醇与草酸的混合溶液；将混合溶液加入上述分散液A中，搅拌、超声，得到分散液B；(3)将分散液B转移至反应釜中进行水热反应，产物经过离心、干燥、在保护气氛下煅烧、研磨，得到石墨烯/铁氧体纳米复合材料；(4)将活性炭、碳纳米管、炭黑与石墨烯/铁氧体纳米复合材料按质量比1～8:0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5分散于去离子水或者乙醇溶液中，超声分散得到碳材料分散液；然后将聚四氟乙烯浓缩液分散于乙醇溶液中，搅拌得到聚四氟乙烯分散液，再加入至碳材料分散液中，经超声处理、加热搅拌，得到半固态浆料；最后将半固态浆料在辊压机上碾压，即得石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的其他金属盐为锌盐、锰盐、钴盐中的一种或几种；铁盐与其他金属盐的阴离子为硝酸根离子、硫酸根离子或氯离子。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的聚乙烯醇的分子量为700～1500。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/铁氧体纳米复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的草酸与其他金属盐的摩尔比为2.5～3.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏志，赵东玲，曹庆丹，李耀刚，张青红，侯成义，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31