膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极技术

本发明专利技术属于水净化领域，具体涉及一种膜电容电吸附电极的制备方法，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极。本发明专利技术的制备方法使离子交换膜与导电碳电极合二为一，增强了电吸附效果，减少了同离子效应，为离子迁移提供通道，降低迁移扩散阻力，从而提高了电极的脱盐效率，降低了能耗。

Preparation of Membrane Capacitance Electrode and Membrane Capacitance Electrode

The invention belongs to the field of water purification, and specifically relates to a preparation method of membrane capacitive electroadsorptive electrode, which includes: preparing conductive carbon electrode slurry and ion exchange membrane slurry respectively; preparing conductive carbon electrode by conductive carbon electrode slurry; spraying ion exchange membrane slurry on the surface of conductive carbon electrode; and vacuum drying to obtain membrane capacitive electroadsorptive electrode. The preparation method of the invention integrates the ion exchange membrane and the conductive carbon electrode, enhances the effect of electroadsorption, reduces the effect of the same ion, provides a channel for ion migration, reduces the resistance of migration and diffusion, thereby improving the desalination efficiency of the electrode and reducing the energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极
本专利技术涉及水净化领域，具体涉及一种膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极。
技术介绍
电吸附技术(Capacitivedeionization,CDI)是一种新型脱盐技术，其原理是利用电极的充放电过程对水体溶液中离子的吸脱附效果；由于其低能耗，高脱盐率，对环境友好，寿命长等优点而被广泛研究。膜电容电吸附(Membranecapacitivedeionization,MCDI)技术是电容法脱盐技术的强化过程，在传统的CDI组件的电极表面引入阴、阳离子膜层，减少了同离子效应，为离子迁移提供通道，降低迁移扩散阻力，从而提高了电极的脱盐效率，降低了能耗。由于MCDI中的阴、阳离子膜层与CDI电极结合的过程中存在离子传输、接触电阻和膜电阻的问题，导致现有的电极脱盐效率低和能耗较高，影响了电极的正常使用和工业化推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极，以提高电极的脱盐效率。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电极的制备方法，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极，即离子交换膜/碳复合电极。具体的，通过静电喷涂将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面，减小了离子交换膜层与导电碳电极之间的接触电阻，提高离子的迁移速度，提升脱盐效果，降低能耗。其中，通过导电碳电极浆料制备导电碳电极的方法包括：先将导电碳电极浆料用200目筛网过筛，然后真空抽气去除导电碳电极浆料中的气泡，最后用静电喷涂的方式将导电碳电极浆料喷涂在集流体表面，得到所述导电碳电极。可选的，所述集流体例如但不限于石墨纸。可选的，所述干燥的温度为60-100℃，干燥时间为5-20h。进一步，所述制备导电碳电极浆料的方法包括：将水性粘结剂与去离子水混合并超声分散均匀，得到粘结剂溶液；将碳材料与粘结剂溶液混合并通过电动搅拌机搅拌均匀，得到所述导电碳电极浆料；其中，所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；所述水性粘结剂包括但不限于羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)中的一种或几种；所述分散剂可以为去离子水。可选的，所述碳材料为75-85重量份；所述粘结剂溶液中的水性粘结剂为12-25重量份。进一步，所述制备离子交换膜层浆料的方法包括：对离子交换树脂进行预处理；以及将预处理后的离子交换树脂与所述粘结剂溶液混合，并通过电动搅拌机搅拌均匀，得到离子交换膜层浆料。其中，所述预处理后的离子交换树脂为75-88重量份。进一步，所述对离子交换树脂进行预处理的方法包括：将粒状的离子交换树脂破碎成粉状的树脂粉末；用去离子水抽滤清洗树脂粉末；将树脂粉末浸泡在酸性或碱性溶液中；以及清洗至中性，得到预处理后的离子交换树脂。可选的，所述离子交换树脂可以为阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。其中所述酸性溶液包括HCI溶液，其浓度为0.5-2M(mol/L)，；所述碱性溶液包括NaOH溶液，其浓度为0.1-2M(mol/L)；以及树脂粉末在酸性或碱性溶液中浸泡的时间均为3-12h。具体的，当离子交换树脂为阴离子交换树脂时，先浸泡在HCI溶液中，然后反复清洗至中性，再用NaOH溶液浸泡，最后再清洗至中性；当离子交换树脂为阳离子交换树脂时，先浸泡在NaOH溶液中，然后反复清洗至中性，再用HCI溶液浸泡，最后再清洗至中性。进一步，本申请中用到的超声时间均为1-3h；电动搅拌机的转速均为100-500r/min，其搅拌时间为1-6h。又一方面，本专利技术还提供了一种膜电容电吸附电极，包括：导电碳电极和覆盖在导电碳电极表面的离子交换膜层。其中，导电碳电极和离子交换膜层的组分(如碳材料、水性粘结剂、离子交换树脂等)参见制备方法中相应物质的具体含量及相关论述，在此不再赘述。本专利技术的有益效果是，本专利技术的制备方法将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面制得膜电容电吸附电极，使离子交换膜与导电碳电极合二为一，增强了电吸附效果，极大的降低了离子交换膜与导电碳电极的膜间隙，提高了离子的迁移速度；同时，离子交换膜可以减少同离子效应，为离子迁移提供通道，降低迁移扩散阻力，从而提高了电极的脱盐效率，降低了能耗。具有制备工艺简单、可大规模生产应用的特点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的电极的制备工艺流程图；图2是电容电吸附(CDI)的结构示意图；图3是膜电容电吸附(MCDI)的结构示意图；图4是膜电容电吸附电极(A-MCDI)的结构示意图；图中：集流体1，导电碳电极2，溶液流通通道3，MCDI的阴离子交换膜层4，MCDI的阳离子交换膜层5，A-MCDI的阴离子交换膜层6，A-MCDI的阳离子交换膜层7。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1如图1所示，本实施例1提供了一种电极的制备方法，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极。具体操作如下：(1)取3g的羧甲基纤维素钠加200ml的去离子水超声2h得到均匀的水性粘结剂溶液(或粘结剂溶液)，然后将3.4g的石墨烯与13.6g的碳纳米管加入到水性粘结剂溶液中在电动搅拌机下以300r/min的转速搅拌3h，得到导电碳电极浆料，用200目筛网过筛后真空抽气去除混合溶液(导电碳电极浆料)中的气泡，最后将导电碳电极浆料喷涂于石墨纸表面，得到两个相同的导电碳电极。(2)各取20g阴离子、阳离子交换树脂用震动磨破碎成粉状的树脂粉末，分别用去离子水反复抽滤清洗5次。先将清洗后的阳离子交换树脂粉末完全浸泡于0.1M的NaOH溶液中，然后用去离子水反复抽滤清洗至中性，再将阳离子交换树脂粉末完全浸泡于0.5M的HCI溶液中，最后用去离子水反复抽滤清洗至中性，完成阳离子交换树脂的预处理过程。同理，先将清洗后的阴离子交换树脂粉末浸泡于0.5M的HCI溶液中，清洗后，再浸泡于0.1M的NaOH溶液中，最后用去离子水反复抽滤清洗至中性，完成阴离子交换树脂的预处理过程。综上，得到阴离子、阳离子交换树脂粉末，即预处理后的离子交换树脂。(3)再制备两份相同的水性粘结剂溶液或使用(1)中制备的水性粘结剂溶液。每份取1.2g的羧甲基纤维素钠加150ml的去离子水超声2h得到均匀的水性粘结剂溶液，然后各取8.8g的(2)中得到的阴离子、阳离子交换树脂粉末分别加入到每份水性粘结剂溶液中，在电动搅拌机下以300r/min的转速搅拌3h，分别得到均匀的阴离子、阳离子交换膜层浆料，用200目筛网过筛后真空抽气去除各交换膜层浆料中的气泡，再将阴离子、阳离子交换膜层浆料分别喷涂于(1)中制备的两个导电碳电极表面，最后在80℃下真空干燥10h，得到膜电容电吸附电极(阳膜/碳复合电极或阴膜/碳复合电极)。实施例2(1)取3g的羧甲基纤维素钠加200ml的去离子水超声2h得到均匀的水性粘结剂溶液，然后将4.25g的石墨烯与12.75g的碳纳米管加入到水性粘结剂溶液中在电动搅拌机下以300r/min的转速搅拌3h，得到导电碳电极浆料，用2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极的制备方法，其特征在于，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极。

【技术特征摘要】
1.一种电极的制备方法，其特征在于，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备导电碳电极浆料的方法包括：将水性粘结剂与去离子水混合并超声分散均匀，得到粘结剂溶液；将碳材料与粘结剂溶液混合并通过电动搅拌机搅拌均匀，得到所述导电碳电极浆料；其中所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；所述水性粘结剂包括羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料为75-85重量份；所述粘结剂溶液中的水性粘结剂为12-25重量份。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备离子交换膜层浆料的方法包括：对离子交换树脂进行预处理；将预处理后的离子交换树脂与所述粘结剂溶液混合，并通过电动搅拌机搅拌均匀，得到离子交换膜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈敏，王秋泽，朱鹏飞，翟夏哲，陈亚云，
申请(专利权)人：江苏美淼环保科技有限公司，常州苏南水环境研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32