用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯及制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯及制备方法，通过加入吡咯为多孔石墨烯水凝胶合成过程中提供氮掺杂的氮源；氮掺杂在石墨烯的边缘和缺陷部位引入了氮原子，从而改善了石墨烯的电学性能和化学性能；吡咯能够防止石墨烯片层在合成和自收缩的过程中出现自堆积现象，避免孔结构在自收缩过程中的坍塌过度，从而避免了由此产生的电学和吸附性质劣化；解决了现有三维石墨烯孔结构较大，其在脱盐过程中不能更好的与阴阳离子作用，从而影响了三维石墨烯的CDI能力问题；相比于其他干燥方式，冷冻干燥处理有效地保持了石墨烯内部的孔洞结构。

Nitrogen-doped self-shrinking 3D graphene for capacitive deionization electrode and its preparation method

The invention discloses a nitrogen-doped self-shrinking 3D graphene for capacitive deionization electrode and a preparation method, which provides nitrogen-doped nitrogen source for the synthesis of porous graphene hydrogel by adding pyrrole; nitrogen atoms are introduced into the edge and defect of graphene by nitrogen-doping, thereby improving the electrical and chemical properties of graphene; pyrrole can prevent graphene sheet from being synthesized. In the process of self-shrinkage, self-accumulation phenomenon occurs, which avoids excessive collapse of pore structure in the process of self-shrinkage, thus avoiding the deterioration of electrical and adsorptive properties resulting therefrom. It solves the problem that the pore structure of existing three-dimensional graphene is bigger, and it can not interact better with anions and cations in the desalination process, thus affecting the CDI ability of three-dimensional graphene compared with other drying methods. The freeze-drying treatment effectively maintained the pore structure of graphene.

【技术实现步骤摘要】
用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯及制备方法
本专利技术公开一种用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯，同时还提供了该用石墨烯的制备方法，涉及电极材料领域，特别是石墨烯电极材料，及其在海水脱盐领域的应用。
技术介绍
水资源短缺是当今时代最严峻的全球挑战之一，要增加可获得的超过水文循环的供水，唯一方法是海水脱盐和水资源循环使用。其中，海水淡化提供了一种似乎无限的、稳定的高质量水供应方法，同时还不损害天然淡水生态系统。电容去离子（CDI)作为一种新兴的海水脱盐技术，与传统的除盐方法相比较优点显著。比如，离子交换法操作过程中会产生大量具有腐蚀性的二次废水，不仅造成二次污染而且需要不断更换新装置。而电容去离子过程中，无需使用任何酸、碱或者盐溶液，只需让电极放电便可完成系统的再生，因此不会产生额外的废液，也不会造成污染；与蒸馏法等热处理工艺相比，电容去离子的能量利用率相对较高;和反渗透法或者电渗析法等膜处理工艺相比，电容去离子的工艺流程相对简单，不需要提供额外的压力和高电势。因为电容去离子技术具有耗能少、环境友好、操作简便等优点，其应用潜力广泛，包括城市用水软化、海水脱盐、废水处理、制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯的制备方法，包括以下步骤：1）在氧化石墨烯水溶液中加入吡咯，氧化石墨烯溶液和吡咯的体积比为10‑30：1，均匀混合10‑30分钟；2）取上述水溶液加入水热釜中，然后在150‑200°C下水热10‑15小时，将上述步骤得到的氧化石墨烯水凝胶用去离子水清洗3‑5次后，对石墨烯水凝胶进行自收缩处理；3）随后将收缩后石墨烯水凝胶冷冻干燥处理；4）最后将冷冻干燥后的氮掺杂多孔三维石墨烯置于管式炉中，在900‑1200°C下通Ar气退火2‑3小时，最终得到产物氮掺杂自缩式多孔三维石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯的制备方法，包括以下步骤：1）在氧化石墨烯水溶液中加入吡咯，氧化石墨烯溶液和吡咯的体积比为10-30：1，均匀混合10-30分钟；2）取上述水溶液加入水热釜中，然后在150-200°C下水热10-15小时，将上述步骤得到的氧化石墨烯水凝胶用去离子水清洗3-5次后，对石墨烯水凝胶进行自收缩处理；3）随后将收缩后石墨烯水凝胶冷冻干燥处理；4）最后将冷冻干燥后的氮掺杂多孔三维石墨烯置于管式炉中，在900-1200°C下通Ar气退火2-3小时，最终得到产物氮掺杂自缩式多孔三维石墨烯。2.如权利要求1所述的用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤1）涉及的氧化石墨烯水溶液的浓度为2-3mg/mL；吡咯浓度为98%。3.如权利要求1所述的用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3D石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱明，段蒙娜，张大伟，许迪欧，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22