一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法技术

一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，以经过预处理的柚子皮为原料，通过碱活化、磷掺杂、预碳化及高温碳化制备磷掺杂石墨化碳；再将定量聚吡咯溶于N‑甲基吡咯烷酮中，而后按一定质量配比加入磷掺杂石墨化碳混合，制备成聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极，聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极具有高比表面积和良好的导电性及化学稳定性，用于电吸附卤水提锂时，具有锂提取率高、吸附选择性好的优点。

A preparation method of PPy / p-doped graphitized carbon composite conductive film electrode

【技术实现步骤摘要】
一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法
本专利技术涉及功能材料制备
，尤其涉及一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法。
技术介绍
锂电池是目前发展最快的化学储能电源，是新能源汽车的重要贮能载体，具有高比能量、低自放电、高循环寿命等诸多优良特性，对于实现锂资源的有效利用、解决能源危机、减少碳排放均具有具有十分重要的意义。近年来，随着新能源汽车市场的迅猛发展，对锂电池的需求量快速增加，从而带动了锂电行业的快速发展。与矿石提锂相比较，利用智利盐湖卤水提锂具有工艺相对简单、生产低的优势。目前矿石提锂的成本在5.5万左右，而盐湖提锂不需要类似矿石提锂的煅烧过程，成本仅在2～2.5万元，但盐湖卤水是多元体系，含有远高U(VI)浓度的大量共存离子，这给卤水提锂带来严重困扰。利用电吸附可将卤水中的锂与其它共同存离子(如Mg2+、K+、Na+)有效分离，因为锂离子相对较小，其迁移至工作电极(负电位电极)的迁移速率高于其它阳离子，因此通过精确控制电极电位，可排除竞争离子的干扰。电吸附时，Li+主要通过双电层和离子交换机理被捕获，因此显著提高Li+吸附容量(吸附容量数倍于普通吸附)，电吸附具有低能耗、低污染、经济高效的优点。碳材料具有良好的耐腐蚀性和稳定性，是常用的电吸附卤水提锂电极材料。但目前普遍使用的碳电极材料仍存在成本高、比表面积低、导电性和电吸附性能差的缺点，严重限制其在卤水提锂领域的实际应用。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，以解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，具体步骤如下：(1)制备磷掺杂石墨化碳1)原料预处理：将柚子皮经水洗除去可溶性杂质，再经70℃温度条件干燥后研碎；2)预碳化:将步骤1)中预处理后的柚子皮与活化剂充分混匀置于反应釜中，以促使柚子皮充分吸收活化剂，再加入适量磷掺杂氮源，充分搅拌，而后通入氮气将反应釜内的空气充分置换，再将密封后的反应釜在氮气保护下于280℃温度条件下搅拌加热预碳化；预碳化完成后，自然冷却，取出固相预碳化材料，经水洗后，于70℃温度条件下真空干燥得预碳化体；3)高温碳化：将步骤2)所得预碳化体置于程序升温反应炉中，在氮气保护下，以40℃/min的升温速率升至1160℃，并于1160℃下高温碳化，得到磷掺杂石墨化碳；(2)制备复合导电碳膜电极I)将定量聚吡咯溶于N-甲基吡咯烷酮中，再按质量配比加入磷掺杂石墨化碳，充分搅拌均匀得混合稠状液，而后将混合稠状液倒入玻璃皿中，在70℃温度条件下干燥成膜；II)将步骤I)中干燥成的膜剪裁，即制成聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极。在本专利技术中，步骤1)中，在70℃温度条件下干燥时间为12h。在本专利技术中，步骤2)中，以浓度为0.5mol/L的KOH溶液为活化剂，以重量百分率为32wt.％的羟基乙叉二膦酸溶液为磷掺杂氮源，此过程中，KOH主要起活化作用，而羟基乙叉二膦酸则充当磷掺杂磷源，在碳材料碳原子晶格中引入杂化磷原子。在本专利技术中，步骤2)中，反应釜中加入有20g预处理后的柚子皮，10mLKOH溶液，10mL羟基乙叉二膦酸溶液。在本专利技术中，步骤2)中，在氮气保护下于280℃温度条件下搅拌加热预碳化时间为2h。在本专利技术中，步骤3)中，在1160℃下高温碳化时间为30min。在本专利技术中，步骤I)中，聚吡咯与磷掺杂石墨化碳的质量配比为100：25～100:55。在本专利技术中，聚吡咯与磷掺杂石墨化碳最佳质量配比为100:45。有益效果：(1)本专利技术在磷掺杂石墨化碳制备过程中，KOH主要起活化作用，而羟基乙叉二膦酸则充当磷掺杂磷源，在碳材料碳原子晶格中引入杂化磷原子，而杂化杂化磷原子具有多余孤对电子，可作为Lewis碱，有效络合锂离子，由此提高锂的电吸附性能；(2)本专利技术以柚子皮为原料所制备的磷掺杂石墨化碳具有优异的导电性能，由此可降低生产成本，提高材料使用性能；此外，所制备的聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极具有高比表面积和良好的导电性及化学稳定性，用于电吸附卤水提锂时，具有锂提取率高、吸附选择性好的优点。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白清晰，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1(按聚吡咯与磷掺杂石墨化碳质量配比为100:25实施)一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，具体步骤如下：(1)制备磷掺杂石墨化碳1)原料预处理：将柚子皮经水洗除去可溶性杂质，再经70℃温度条件干燥12h后研碎；2)预碳化:将约20g预处理后的柚子皮与10mLKOH溶液(0.5mol/L)充分混匀置于小型反应釜中，以促使柚子皮充分吸收KOH，再加入10mL羟基乙叉二膦酸溶液(32wt.％)，充分搅拌，而后通入氮气将反应釜内的空气充分置换，再将密封后的反应釜在氮气保护下于280℃温度条件下搅拌加热预碳化2h；预碳化完成后，自然冷却，取出固相预碳化材料，经水洗后，于70℃温度条件下真空干燥得预碳化体，此过程中，KOH主要起活化作用，而羟基乙叉二膦酸则充当磷掺杂磷源，在碳材料碳原子晶格中引入杂化磷原子；3)高温碳化(石墨化)：将步骤2)所得预碳化体置于程序升温反应炉中，在氮气保护下，以40℃/min的升温速率升至1160℃，并于1160℃下高温碳化30min，得到磷掺杂石墨化碳；(2)制备复合导电碳膜电极I)将100mg聚吡咯溶于N-甲基吡咯烷酮中，再加入磷掺杂石墨化碳25mg，充分搅拌均匀得混合稠状液，再将混合稠状液倒入玻璃皿中，在70℃温度条件下干燥成膜；II)将步骤I)中干燥成的膜剪裁成合适大小(10×15mm)，即制成聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极。以上述聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极为工作电极、相同大小的导电碳布为对电极，控制工作电极电位-0.75V，电吸附时间2h，以智利盐湖卤水为水样，电吸附实现结果表明，Li+提取率为71％，选择性系数分别为：SLi/Na＝68.3；SLi/K＝96.2；SLi/Mg＝52.4。实施例2(按聚吡咯与磷掺杂石墨化碳质量配比为100:35实施)一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，具体步骤如下：(1)制备磷掺杂石墨化碳1)原料预处理：将柚子皮经水洗除去可溶性杂质，再经70℃温度条件干燥12h后研碎；2)预碳化:将约20g预处理后的柚子皮与10mLKOH溶液(0.5mol/L)充分混匀置于小型反应釜中，以促使柚子皮充分吸收KOH，再加入10mL羟基乙叉二膦酸溶液(32wt.％)，充分搅拌，而后通入氮气将反应釜内的空气充分置换，再将密封后的反应釜在氮气保护下于280℃温度条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)制备磷掺杂石墨化碳/n1)原料预处理：将柚子皮经水洗除去可溶性杂质，再经70℃温度条件干燥后研碎；/n2)预碳化:将步骤1)中预处理后的柚子皮与活化剂充分混匀置于反应釜中，再加入适量磷掺杂氮源，充分搅拌，而后通入氮气将反应釜内的空气充分置换，再将密封后的反应釜在氮气保护下于280℃温度条件下搅拌加热预碳化；预碳化完成后，自然冷却，取出固相预碳化材料，经水洗后，于70℃温度条件下真空干燥得预碳化体；/n3)高温碳化：将步骤2)所得预碳化体置于程序升温反应炉中，在氮气保护下，以规定的升温速率升至1160℃，并于1160℃下高温碳化，得到磷掺杂石墨化碳；/n(2)制备复合导电碳膜电极/nI)将定量聚吡咯溶于N-甲基吡咯烷酮中，再按质量配比加入磷掺杂石墨化碳，充分搅拌均匀得混合稠状液，而后将混合稠状液倒入玻璃皿中，在70℃温度条件下干燥成膜；/nII)将步骤I)中干燥成的膜剪裁，即制成聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)制备磷掺杂石墨化碳
1)原料预处理：将柚子皮经水洗除去可溶性杂质，再经70℃温度条件干燥后研碎；
2)预碳化:将步骤1)中预处理后的柚子皮与活化剂充分混匀置于反应釜中，再加入适量磷掺杂氮源，充分搅拌，而后通入氮气将反应釜内的空气充分置换，再将密封后的反应釜在氮气保护下于280℃温度条件下搅拌加热预碳化；预碳化完成后，自然冷却，取出固相预碳化材料，经水洗后，于70℃温度条件下真空干燥得预碳化体；
3)高温碳化：将步骤2)所得预碳化体置于程序升温反应炉中，在氮气保护下，以规定的升温速率升至1160℃，并于1160℃下高温碳化，得到磷掺杂石墨化碳；
(2)制备复合导电碳膜电极
I)将定量聚吡咯溶于N-甲基吡咯烷酮中，再按质量配比加入磷掺杂石墨化碳，充分搅拌均匀得混合稠状液，而后将混合稠状液倒入玻璃皿中，在70℃温度条件下干燥成膜；
II)将步骤I)中干燥成的膜剪裁，即制成聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极。


2.根据权利要求1所述的一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中，在70℃温度条件下干燥时间为12h。


3.根据权利要求1所述的一种聚吡咯/磷掺杂石墨化碳复合导电膜电极的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周利民，欧阳金波，唐晓欢，戴一鸣，刘峙嵘，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36