一种电极材料及其制备方法与在水体氯离子和钠离子去除中的应用技术

本发明专利技术公开了一种电极材料及其制备方法与在水体氯离子和钠离子去除中的应用。本发明专利技术公开的一种电极材料为层状结构的铋基材料，铋基材料为碱金属与铋元素共占位的MBi3O4X2，M为碱金属，X为卤素。本发明专利技术公开的电极材料具有电化学可逆相变反应特点的层状结构材料，由于其层状结构和所含铋元素与碱金属元素共占位特点，基于可逆的相变反应，对含有氯离子和钠离子的水体具有阴阳离子去除性能。将该铋基材料用于电化学离子去除系统中，能够有效除去水源中的氯离子和钠离子，且具有较高的去除容量，并能够循环使用。并能够循环使用。并能够循环使用。

【技术实现步骤摘要】
一种电极材料及其制备方法与在水体氯离子和钠离子去除中的应用


[0001]本专利技术涉及电化学离子去除
，尤其是涉及一种电极材料及其制备方法与在水体氯离子和钠离子去除中的应用。

技术介绍

[0002]水是人类赖以生存的基本物质，随着我国经济的高速发展，淡水资源紧缺和水污染问题逐渐凸显。通过合适的技术方法对海水和污废水进行离子去除，可以有效地解决淡水资源紧缺和水污染问题，加快我国的生态文明建设和人民生活品质的提高。海水淡化需要去除海水中的钠离子和氯离子等离子。水体卤素离子和金属离子等主要来自于电镀业、机械加工、矿山开采、有色金属冶炼等，卤素离子主要包含氯离子、氟离子、溴离子、碘离子、次氯酸根离子等；金属离子主要包含铬离子、钴离子、镍离子、铜离子、锌离子、砷离子、铅离子、镉离子、汞离子等。目前的海水淡化技术(电渗析、反渗透、蒸馏等)以及污废水处理技术(吸附、共沉淀、生物吸收等)在成本、能耗、有无二次污染、离子去除多样性等方面存在不足。
[0003]电化学离子去除技术因具有低能耗、高容量、电子无二次污染，可循环等优势，在电容式和法拉第电化学离子去除方面具有良好的应用前景。然而，1966年报道的双电层电容式离子去除电化学法，由于电极材料比表面积和孔道结构的限制，存在着离子去除容量低的问题。2012年提出的电池式离子去除技术(BDI)基于法拉第电化学反应的体相反应，具有离子去除容量高的优点。但是目前适用此类技术的电极材料具有离子去除单一性问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电极材料，能够同时去除水体中氯离子和钠离子。
[0005]本专利技术还提出一种制备上述电极材料的制备方法。
[0006]本专利技术还提出一种制备上述电极材料在水体离子去除技术的应用。
[0007]本专利技术还提出一种具有上述电极材料的电池式离子去除系统。
[0008]本专利技术还提出一种具有上述电池式离子去除系统的电化学离子去除系统。
[0009]本专利技术还提出上述电极材料、电池式离子去除系统以及电化学离子去除系统的应用。
[0010]本专利技术的第一方面，提出了一种电极材料，所述电极材料为层状结构的铋基材料，所述铋基材料为碱金属与铋元素共占位的MBi3O4X2，所述M为碱金属，所述X为卤素。
[0011]根据本专利技术实施例的一种电极材料，至少具有以下有益效果：铋基材料为具有电化学可逆相变反应特点的层状结构材料，由于其层状结构和所含铋元素与碱金属元素共占位特点，基于可逆的相变反应，对含有氯离子和钠离子的水体具有阴阳离子去除性能；将该铋基材料用于电化学离子去除系统中，能够有效除去水源中的氯离子和钠离子，且具有较
高的去除容量，并能够循环使用。同时，铋基材料的制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，便于工业大规模的生产应用。该电极材料对于污废水、海水淡化、饮用水等的离子去除具有重要的应用价值。
[0012]针对铋基材料NaBi3O4Cl2，以去除水源中的氯离子和钠离子为例，实现NaBi3O4Cl2/BiOCl/Bi之间的转换为例，反应机理如化学反应式(1)
‑
(2)所示：
[0013]NaBi3O4Cl2+x
·
4H2O+x
·
9e
‑
→
x
·
(3Bi+Na
+
+2Cl
‑
+8OH
‑
)+(1
‑
x)
·
NaBi3O4Cl2ꢀꢀꢀ
(1)
[0014][0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述M为锂或钠中的至少一种。
[0016]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述M是钠。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述X为氯元素。
[0018]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述MBi3O4X2为NaBi3O4Cl2。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述铋基材料的空间群为I4/mmm。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，所述铋基材料的层间距离为
[0021]本专利技术的第二方面，提出了一种电极材料的制备方法，包括有如下步骤：将铋源和碱金属盐经煅烧制得所述铋基材料。
[0022]根据本专利技术实施例的一种电极材料的制备方法，至少具有以下有益效果：铋基材料的制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，便于工业大规模的生产应用。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述铋源包括有铋单质、氧化铋或铋盐中的至少一种。
[0024]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述铋盐包括有硝酸铋、碳酸铋、铋酸钠或氯氧铋中的至少一种。
[0025]需要说明的是，通过实验可知，分别选用硝酸铋、碳酸铋、铋酸钠或氯氧铋，得到的实验结果相似或基近相同。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，所述碱金属盐包括钠盐或锂盐中的至少一种。
[0027]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述碱金属盐包括氟化锂、氟化钠、氯化锂、氯化钠、硝酸钠、碳酸锂或碳酸钠中的至少一种。
[0028]需要说明的是，通过实验可知，分别选用氟化锂、氟化钠、氯化锂、氯化钠、硝酸钠、碳酸锂或碳酸钠，得到的实验结果相似或基近相同。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，所述铋源和钠盐的质量比为3:1
‑
2.6:0.58。在本专利技术的一些实施方式中，煅烧温度为600
‑
1000℃。
[0030]在本专利技术的一些优选的实施方式中，煅烧温度为600
‑
900℃。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，在煅烧时间为3
‑
10d。
[0032]在本专利技术的一些优选的实施方式中，在煅烧时间为3
‑
8d。
[0033]本专利技术的第三方面，提出了上述电极材料在水体离子去除技术中的应用。
[0034]本专利技术的第四方面，提出了一种电池式离子去除系统，包括上述电极材料作为工作电极。
[0035]根据本专利技术实施例的一种电池式离子去除系统，至少具有以下有益效果：铋基材料由于其层状结构和所含铋元素与碱金属元素共占位特点，在含有氯离子和钠离子体系中可发生可逆的电化学氧化还原反应，并能够与溶液中的氯离子和钠离子通过发生可逆电化学相变反应，从而达到去除氯离子和钠离子的目的，并具有较高的去除容量，且能够循环使用。同时，铋基材料的制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，便于工业大规模的生产应用。该电极材料对于污废水、海水淡化、饮用水等的离子去除具有重要的应用价值。
[0036]在本专利技术的一些实施方式中，还包括有对电极。
[0037]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述对电极包括有磷酸钛钠、磷酸钒钠、锰酸钠、醌类聚合物或普鲁士蓝类材料中的至少一种。
[0038]在本专利技术的一些优选的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极材料，其特征在于，所述电极材料为层状结构的铋基材料，所述铋基材料为碱金属与铋元素共占位的MBi3O4X2，所述M为碱金属，所述X为卤素。2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述M为锂或钠中的至少一种，所述X为氯元素；优选地，所述MBi3O4X2为NaBi3O4Cl2；优选地，所述铋基材料的空间群为I4/mmm；优选地，所述铋基材料的层间距离为3.一种电极材料的制备方法，其特征在于，包括有如下步骤：将铋源和碱金属盐经煅烧制得所述铋基材料。4.根据权利要求3所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于，所述铋源包括有铋单质、氧化铋或铋盐中的至少一种；优选地，所述铋盐包括有硝酸铋、碳酸铋、铋酸钠或氯氧铋中的至少一种；优选地，所述碱金属盐包括钠盐或锂盐中的至少一种；优选地，所述碱金属盐包括氟化锂、氟化钠、氯化锂、氯化钠、硝酸钠、碳酸锂或碳酸钠中的至少一种。5.根据权利要求4所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于，煅烧温度为600
‑
1000℃，煅烧时间为3
‑
10d。6.一种电池式离子去除系统，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪，卫文飞，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：