一种普鲁士蓝碳基复合电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种普鲁士蓝碳基复合电极及其制备方法和应用，微咸水脱盐淡化技术领域。包括以下步骤：1)在活性炭粉中加入铁氰化钾溶液和氯化铁溶液，搅拌均匀，静置分层，取下层沉淀物烘干；2)将烘干产物高温煅烧，得到普鲁士蓝掺杂活性炭材料；3)研磨普鲁士蓝掺杂活性炭材料，加入导电剂、粘结剂、溶剂混合均匀，得到电极浆料；4)将浆料刮涂到集流体表面，干燥，即得普鲁士蓝碳基复合电极。该电极材料在两极电压作用下，可快速、高效完成除盐和再生过程，除盐效果显著优于传统活性炭电极。本发明专利技术通过简单改性方法将普鲁士蓝掺杂到活性炭上，利用普鲁士蓝三维立体框架结构使钠离子快速嵌入和脱出，使电极具有良好的稳定性和高吸附性能。附性能。附性能。

【技术实现步骤摘要】
一种普鲁士蓝碳基复合电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于微咸水脱盐淡化
，具体涉及一种普鲁士蓝碳基复合 电极、及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济社会的飞速发展和工业化、城市化进程的不断加快，人类面临 着越来越严峻的水资源问题。其中，水资源短缺问题是其中最为突出且亟待 解决的燃眉之急。地球上的淡水资源主要存在于冰川和两极的冰盖中，最终 可以被人类利用的地表水和浅层地下水仅占地球总水量的0.26％，且分布极不 均匀。与淡水资源匮乏的情况不同，我国微咸水资源含量丰富，在许多地方 均有分布，中国地下微咸水资源约为200亿m3，其中可开采量为130亿m3， 绝大部分存在于地下10～100m处，宜于开采利用。
[0003]针对淡水资源紧缺的问题，如果能将丰富的微咸水资源通过脱盐淡化技 术生成淡水，必定能在一定程度上缓解我国水资源匮乏的问题。
[0004]电容去离子技术是一种新兴且快速发展的环保技术，通过在两电极上施 加电压，使两电极间产生静电场。盐溶液中的阴阳离子在静电作用下，分别 向正负电极移动并吸附在电极上，最终达到脱盐淡化的效果。再通过将两电 极进行短接或反接，实现电极的再生利用。
[0005]传统的活性炭电极在电容脱盐性能方面受到自身材料特性的限制，脱盐 效果较差。因此，如何以简单方法对活性炭材料进行改性处理，从而提升活 性炭电极的电容脱盐性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种普鲁士蓝碳基复合电极的制备方法，通过简 单方法将普鲁士蓝有效掺杂到活性炭上，从而制备电极材料。相较于传统活 性炭电极，普鲁士蓝碳基复合电极料采用了有利于钠离子快速嵌入和脱出的 普鲁士蓝三维立体框架结构，能够更好地进行嵌钠脱钠，从而使其具有良好 的稳定性，在电容去离子
具有良好的应用前景。制备得到的复合电 极材料在两极电压作用下，即可完成快速、高效的除盐和再生过程。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种普鲁士蓝碳基复合电极，具体包括以 下步骤：
[0008]1)在活性炭粉中加入铁氰化钾溶液和氯化铁溶液，搅拌均匀得到混合溶 液，静置分层，取下层沉淀物烘干；
[0009]2)将步骤1)烘干产物在惰性气氛中高温煅烧，得到普鲁士蓝掺杂活性 炭材料；
[0010]3)研磨步骤2)产物，得到普鲁士蓝掺杂活性炭细粉，在其中加入导电 剂、粘结剂、溶剂混合均匀，得到电极浆料；
[0011]4)将步骤3)得到的浆料刮涂到集流体表面，干燥，即得普鲁士蓝碳基 复合电极。
[0012]在一优选的实施方式中，步骤1)中，所述铁氰化钾溶液和氯化铁溶液的 浓度均为
0.02
‑
0.08mol/L，溶液的溶剂均为去离子水。
[0013]在一优选的实施方式中，步骤1)中，所述活性炭粉、铁氰化钾溶液和氯 化铁溶液的质量体积比为1g：(8
‑
12)ml：(8
‑
12)ml。
[0014]在一优选的实施方式中，步骤2)中，所述高温煅烧温度为600
‑
800℃， 所述煅烧时间为1
‑
3h。
[0015]在一优选的实施方式中，步骤3)中，所述普鲁士蓝掺杂活性炭细粉、导 电剂、粘结剂、溶剂的质量体积比为1g：0.1g：(0.73
‑
0.74)ml：(2
‑
4)ml。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种普鲁士蓝碳基复合电极，将制备得到的 普鲁士蓝掺杂活性炭电极材料与导电剂、粘接剂和溶剂均匀搅拌，涂覆在集 流体上即得，其涂覆区域厚度100
‑
200μm，长宽均为6
‑
7cm。本专利技术经简单 方法将普鲁士蓝有效掺杂到活性炭上，即可对传统活性炭电极改性，从而加 速电子传导，提高活性炭电极的吸附容量及吸附速率。
[0017]本专利技术的另一目的在于提供一种普鲁士蓝碳基复合电极的应用，将制备 得到的两个普鲁士蓝碳基复合电极组装成电容去离子电极模块组，将氯化钠 溶液由模块组一端流入，流经两个电极后，由模块组另一端流出，同时对两 个电极分别施加正压和负压，即可完成溶液脱盐。脱盐结束后，还可以通过 正负极反接的方式实现电极再生，从而达到重复利用的目的。脱盐时，可处 理的盐溶液进水浓度较高，单位质量脱盐量大，具有广泛的应用前景。
[0018]在一优选的实施方式中，所述电容去离子电极模块组按顺序依次包括： 玻璃板、硅胶垫片、普鲁士蓝碳基复合电极、尼龙网、硅胶垫片、塑料隔板、 硅胶垫片、尼龙网、普鲁士蓝碳基复合电极、硅胶垫片、玻璃板；其中，玻 璃板上设置有进出水口，硅胶垫片和塑料隔板为中空，并与普鲁士蓝碳基复 合电极在对应位置开有小孔，确保溶液充分流过电极涂料区。
[0019]在一优选的实施方式中，所述施加电压范围为1
‑
1.5V，溶液进出流速为 1
‑
8mL/min，氯化钠溶液为50
‑
200mg/L。
[0020]在一优选的实施方式中，在所述电容去离子电极模块组中，将去离子水 由模块组一端流入，流经两个电极后，由模块组另一端流出，同时对两个电 极反接，即可完成电极再生。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下优点：
[0022]1、本专利技术中，所用原料均成本低廉易于采购，碳材料的改性方法简单， 对设备和反应条件要求低，适合大规模生产制备。
[0023]2、本专利技术中，以普鲁士蓝对活性炭粉末进行掺杂，从而改性活性炭，普 鲁士蓝本身具有的有利于钠离子嵌入和脱出的三维立体框架结构，能够提高 活性炭材料的脱盐性能。
附图说明
[0024]从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本专利技术的这些和/或其它 方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
[0025]图1为本专利技术实施例1提供的普鲁士蓝掺杂活性炭材料SEM图。
[0026]图2为本专利技术实施例1提供的普鲁士蓝掺杂活性炭材料XRD图。
[0027]图3为本专利技术实施例2提供的电容去离子技术下普鲁士蓝碳基复合电极 的实物图。
[0028]图4为本专利技术实施例2提供的电容去离子技术电极模块示意图。
[0029]图5为本专利技术实施例2和对比例1得到电极的单位质量脱盐量图。
[0030]图6为本专利技术实施例2和对比例1得到电极的脱盐速率图。
[0031]主要附图标记说明：1
‑
玻璃板，2
‑
进水口，3
‑
硅胶垫片，4
‑
极耳，5
‑
普 鲁士蓝碳基复合电极，6
‑
尼龙网，7
‑
塑料隔板，8
‑
电极涂料，9
‑
出水口。
具体实施方式
[0032]为了使本领域技术人员更好地理解本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种普鲁士蓝碳基复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在活性炭粉中加入铁氰化钾溶液和氯化铁溶液，搅拌均匀得到混合溶液，静置分层，取下层沉淀物烘干；2)将步骤1)烘干产物在惰性气氛中高温煅烧，得到普鲁士蓝掺杂活性炭材料；3)研磨步骤2)产物，得到普鲁士蓝掺杂活性炭细粉，在其中加入导电剂、粘结剂、溶剂混合均匀，得到电极浆料；4)将步骤3)得到的浆料刮涂到集流体表面，干燥，即得普鲁士蓝碳基复合电极。2.如权利要求1所述的普鲁士蓝碳基复合电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述铁氰化钾溶液和氯化铁溶液的浓度均为0.02
‑
0.08mo l/L，溶液的溶剂均为去离子水。3.如权利要求1所述的普鲁士蓝碳基复合电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述活性炭粉、铁氰化钾溶液和氯化铁溶液的质量体积比为1g：(8
‑
12)ml：(8
‑
12)ml。4.如权利要求1所述的普鲁士蓝碳基复合电极的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述高温煅烧温度为600
‑
800℃，所述煅烧时间为1
‑
3h。5.如权利要求1所述的普鲁士蓝碳基复合电极的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述普鲁士蓝掺杂活性炭细粉、导电剂、粘结剂、溶剂的质量体积比为1g：0.1g：(0.73
‑
0.74)ml：(2
‑
4)ml。6.如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢恩，高诗，杜太生，张文东，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：