一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法，通过制备碳气凝胶，并将所制备的碳气凝胶作为活性材料，涂覆于泡沫镍上，并在外部支撑网状多孔聚四氟乙烯支撑板制备得到电极片，可以有效提高除盐效率，延长了使用寿命，除盐率达到90%以上。

Carbon aerogel electrode sheet for capacitive adsorption desalting and preparation method thereof

The invention relates to a carbon aerogel electrode sheet for capacitive adsorption desalting and a preparation method thereof. The carbon aerogel is prepared by preparing carbon aerogels, and the prepared carbon aerogels are coated on foam nickel as active material, and the electric pole piece is prepared by supporting the netted porous polytetrafluoroethylene support plate externally, which can effectively improve the desalting efficiency and prolong the service life, and the desalting rate reaches over 90%.

【技术实现步骤摘要】
一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法
本专利技术属于电容吸附脱盐
，具体涉及一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法。
技术介绍
容去离子(CapacitiveDeionization,CDI)，是一种基于双电层电容理论的水质淡化净化技术。其基本原理是在电极上施加低电压后，溶液中阳离子、阴离子或带电粒子在电场力和浓度梯度作用下分别向两极迁移，吸附于电极表面形成双电层，从而达到脱盐或净化的目的，具有能耗低,污染小,易操作等优点。碳气凝胶是一种新兴的结构可控的纳米多孔非晶碳素材料，由于其具有丰富的空洞、连续的网络结构、高比表面积和良好的导电性能，是一种理想的电极材料。可用于制造双电层电容器，还可用于去除水中的阴阳离子、重金属离子、辐射性同位素及一些有机废弃物等水处理领域，具有良好的应用前景。现有技术中针对于电容吸附电极片的开发研究较多，将碳气凝胶与其他物质联系应用于电容吸附电极片中已有报道：CN105540765A公开了一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料及其制备方法，所述分子筛结构材料与多孔碳材料的质量分数比10～40％：60～90％。制备方法包括：将多孔碳材料和分子筛结构材料分散在去离子水中，得到分散液，加入粘合剂，得到混合液，搅拌，烘干，得到复合材料，润湿，辊压压覆在惰性导体上。CN108285195A公开了一种碳气凝胶负载二氧化锰的电极材料的制备及应用，通过溶胶-凝胶法合成碳气凝胶，然后通过水热法负载二氧化锰形成复合材料，再以泡沫镍为导电基体进行压片；在电化学工作站测试循环伏安曲线和恒流充放电曲线，优化电极材料；然后将优化的电极材料用于脱盐反应装置，考察电压、流速、进水浓度对脱盐效果的影响。可以降低脱盐成本、降低污染并提高电极吸附量。公开的技术虽然具备一定的脱盐效果，但是存在制作过程复杂，成本高，效率低，电极片使用寿命低的缺陷。有鉴于此，需要专利技术一种成本低，脱盐效果好，使用寿命长的电极片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片，并同时提供其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术一方面提供了一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片，其通过以下步骤制备：步骤一：碳气凝胶的制备（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶；步骤二：电极片的制备（1）将步骤一制得的碳气凝胶分别粉碎成过100目粉末和200目粉末，所述100目粉末与200目粉末的重量份数比为1:1~3，然后与聚四氟乙烯混合，碳气凝胶和聚四氟乙烯的质量比为95:5，向得到的混合物中加入去离子水，使得碳气凝胶质量分数为5～10%，搅拌4h后，在105℃干燥12h，得到粘状固体；（2）将得到的粘状固体均匀涂抹在泡沫镍上，用双层泡沫镍包覆该材料，压扎成片状材料，然后将泡沫镍粘贴在多孔网状惰性聚四氟乙烯板上，制得碳气凝胶除盐电极片。本专利技术另一方面提供了一种上述电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片的制备方法，具体如下：步骤一：碳气凝胶的制备（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶；步骤二：电极片的制备（1）将步骤一制得的碳气凝胶分别粉碎成过100目粉末和200目粉末，所述100目粉末与200目粉末的重量份数比为1:1~3，然后与聚四氟乙烯混合，碳气凝胶和聚四氟乙烯的质量比为95:5，向得到的混合物中加入去离子水，使得碳气凝胶质量分数为5～10%，搅拌4h后，在105℃干燥12h，得到粘状固体；（2）将得到的粘状固体均匀涂抹在泡沫镍上，用双层泡沫镍包覆该材料，压扎成片状材料，然后将泡沫镍粘贴在多孔网状惰性聚四氟乙烯板上，制得碳气凝胶除盐电极片。优选的，所述步骤一（1）中的多羟基苯为摩尔比为7:1的间苯二酚与间苯三酚的混合物优选的，所述步骤二（1）中的聚四氟乙烯为质量分数为5~60%的乳液。优选的，所述步骤二（1）中100目粉末与200目粉末的重量份数比为1:2。优选的，所述步骤二（2）中片状材料的单片厚度为5mm。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术中所提供的碳气凝胶以抗坏血酸（VC）-碳酸钠作为酸-碱催化剂，采用溶胶-凝胶法制备有机湿凝胶，反应周期短，比表面积大，导电性能优良。本专利技术中所提供的电极片，利用本专利技术得到的碳气凝胶，通过调整碳气凝胶粉末的粒径配比，使活性材料涂覆密度适中，有效提高了除盐效率。将泡沫镍粘贴在多孔网状惰性聚四氟乙烯板上，有效起到支撑作用，防止泡沫镍浸泡时间较长而导致活性材料散落。本专利技术所提供的电极片除盐率达到90%，能够有效去除水中盐分。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1通过实施例和对比例制备的电极片的恒流充放电曲线示意图；附图中：1为实施例1制备电极片；2为实施例3制备电极片；3为实施例5制备电极片；4为对比例1制备电极片；5为实施例2制备电极片；6为实施例6制备电极片。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对专利技术进行清楚、完整的描述。实施例1步骤一：碳气凝胶制备（1）有机湿凝胶制备：加入一定量的间苯二酚与间苯三酚，间苯二酚与间苯三酚的摩尔比为7:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片，其特征在于，其通过以下步骤制备：步骤一：碳气凝胶的制备（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶；步骤二：电极片的制备（1）将步骤一制得的碳气凝胶分别粉碎成过100目粉末和200目粉末，所述100目粉末与200目粉末的重量份数比为1:1~1.3，然后与聚四氟乙烯混合，碳气凝胶和聚四氟乙烯的质量比为95:5，向得到的混合物中加入去离子水，使得碳气凝胶质量分数为5～10%，搅拌4h后，在105℃干燥12h，得到粘状固体；（2）将得到的粘状固体均匀涂抹在泡沫镍上，用双层泡沫镍包覆该材料，压扎成片状材料，然后将泡沫镍粘贴在多孔网状惰性聚四氟乙烯板上，制得碳气凝胶除盐电极片。...

【技术特征摘要】
1.一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片，其特征在于，其通过以下步骤制备：步骤一：碳气凝胶的制备（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶；步骤二：电极片的制备（1）将步骤一制得的碳气凝胶分别粉碎成过100目粉末和200目粉末，所述100目粉末与200目粉末的重量份数比为1:1~1.3，然后与聚四氟乙烯混合，碳气凝胶和聚四氟乙烯的质量比为95:5，向得到的混合物中加入去离子水，使得碳气凝胶质量分数为5～10%，搅拌4h后，在105℃干燥12h，得到粘状固体；（2）将得到的粘状固体均匀涂抹在泡沫镍上，用双层泡沫镍包覆该材料，压扎成片状材料，然后将泡沫镍粘贴在多孔网状惰性聚四氟乙烯板上，制得碳气凝胶除盐电极片。2.一种如权利要求1所述的电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片的制备方法，其特征在于，具体如下：步骤一：碳气凝胶的制备（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：许跃龙，刘振法，张利辉，任斌，翟作昭，王莎莎，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13