一种MgFe-LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，且公开了一种MgFe

【技术实现步骤摘要】
一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体为一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用。

技术介绍

[0002]畜禽沼液中含有高浓度的氮、磷、钾等营养元素极具资源化利用价值，但由于畜禽养殖饲喂的饲料添加剂中含有重金属，重金属离子会随畜禽的代谢活动排出体外进入沼液中。传统的磷回收方法无法同时实现畜禽沼液中磷等营养物质的分离浓缩与重金属离子的去除。
[0003]电容去离子技术(CDI)是一种新型的水处理技术，其原理是在电场力的作用下，进水中的带电离子向具有相反电性的电极移动，该技术可实现带负电的磷酸根离子与带正电的重金属离子的分离。但由于畜禽沼液中氯离子浓度要远高于磷酸根离子浓度，铵根离子的浓度要远高于重金属离子浓度，CDI常用的活性炭（AC）电极对离子的选择性吸附能力较弱，需要一种高选择性的电极材料提升CDI对进水中离子的选择性吸附，因此，本专利技术采用MgFe
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LDH（层状氢氧化物）与AC进行复合制备电容电极以提升电极材料对离子的选择吸附能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用，包括MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法和MgFe
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LDH/AC复合电容电极在CDI装置的应用，所述MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法分为两个步骤：步骤1：MgFe
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LDH/AC复合电极材料制备：将镁盐、铁盐投入去离子水中溶解，而后投加活性炭混匀，通过调节溶液pH至13，采用共沉淀法制得电极材料，所得沉淀用大量去离子水洗涤，洗至中性，将所得沉淀进行干燥，研磨后，过100目筛子；步骤2：MgFe
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LDH/AC复合电容电极制备：以钛网为基底，将电极材料与PTFE、炭黑、NMP混匀后刮涂于钛网上，然后烘干制备电容电极。
[0006]优选地，所述步骤1中的镁盐和铁盐分别采用MgCl2与FeCl3；所述步骤1中取5g活性炭，将MgCl2、FeCl3以金属元素原子摩尔比2:1，金属元素与活性炭质量比(0.15~0.6):1，投于200mL去离子水中。
[0007]优选地，所述步骤1中所得沉淀置于恒温干燥箱中80
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120℃下干燥12
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24h。
[0008]优选地，所述步骤2中将100目的钛网依次用丙酮、盐酸、乙醇和去离子水超声清洗后干燥备用。
[0009]优选地，所述步骤2中钛网的面积为4
×
4cm2。
[0010]优选地，所述步骤2中将MgFe
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LDH/AC复合电极材料、炭黑、PTFE按质量比8:1:1，在研钵中充分混匀，随后每克上述混合物中添加1.5mL的NMP溶解成糊状，将混匀的电极材料浆液用刮板均匀刮涂在清洗后的钛网上，置于恒温干燥箱中80
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120℃下干燥12
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24h，电极材料负载量为6 mg/cm2，获得CDI电极。
[0011]优选地，所述MgFe
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LDH/AC复合电容电极在CDI装置的应用，包括如下步骤：所述步骤2中的MgFe
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LDH/AC复合电容电极作为CDI装置的阴极和阳极，用于畜禽沼液的处理，所述CDI电容装置采用循环模式运行，水流方向为下进上出，电容装置两端施加0.4
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1.4V电压，电容装置进水流速27.5mL/min，运行90min。
[0012]本专利技术的有益效果如下：1、与已有的沼液回收技术相比，本专利技术通过电容去离子技术（CDI）可以实现畜禽沼液中磷等营养物质的分离浓缩与重金属离子的去除，即将磷酸根离子等阴离子富集于CDI的阳极，重金属离子沉积于CDI的阴极，从而获得高附加值的磷产品，而且有助于控制畜禽沼液中存在的重金属所带来的风险，是一种极具潜力的沼液处理方式。
[0013]2、本专利技术采用的电容去离子技术在电极吸附饱和后，可通过将电极短路或反接将吸附的离子释放，电极得到再生，该技术能耗低、无二次污染。
[0014]3、本专利技术选择MgCl2、FeCl3来制备层状双氢氧化物，所选的金属元素生物毒性低。
[0015]4、MgFe
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LDH与活性炭复合不仅可以提高层状双氢氧化物的导电性，还可以增加复合材料的比表面积，提高吸附能力。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的一个较佳实施例的MgFe
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LDH/AC的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]实施例1：(1)、取5g活性炭，将MgCl2、FeCl3以金属元素原子摩尔比为2:1，金属元素与活性炭质量比(0.15~0.6):1，投于200mL去离子水中，得到金属离子溶液与活性炭的混合物，充分搅拌1h；通过控制活性炭、去离子水、MgCl2和FeCl3的比例与质量，并按照当前混合的比例控制搅拌时间，从而使得到的混合溶液更加符合标准与需求；(2)、将10wt%NaOH溶液逐滴滴入到步骤(1)的混合溶液中调节pH至13左右，所得沉淀用大量去离子水洗涤，洗至中性，将所得沉淀置于恒温干燥箱中80℃下干燥24h，干燥后的电极材料研磨，过100目筛子；通过逐滴加入10wt%NaOH溶液将步骤(1)的混合溶液pH值调节到指定的范围，从而使形成的MgFe
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LDH负载于AC表面，然后清洗至中性以去除杂质。严格控制所得沉淀的干燥环境和时间，从而使得干燥效果更好，然后将干燥后的电极材料研磨至可以过100目筛子即
可,图1为一个较佳实施例的MgFe
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LDH/AC的扫描电子显微镜图，图1显示了MgFe
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LDH材料的片层结构，可用做CDI电极材料；(3)、将100目的钛网(4
×
4cm2)依次用丙酮、盐酸、乙醇和去离子水超声清洗后干燥备用；通过将钛网依次用丙酮、盐酸、乙醇和去离子水超声清洗后干燥，从而清洁钛网表面，以备使用；(4)、将步骤(2)中所得复合电极材料与炭黑、PTFE按质量比8:1:1，在研钵中充分研磨，随后每克上述混合物中添加1.5mL的NMP溶解成糊状；通过将MgFe
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用，包括MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法和MgFe
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LDH/AC复合电容电极在CDI装置的应用，其特征在于：所述MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法分为两个步骤：步骤1：MgFe
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LDH/AC复合电极材料制备：将镁盐、铁盐投入去离子水中溶解，而后投加活性炭混匀，通过调节溶液pH至13，采用共沉淀法制得电极材料，所得沉淀用大量去离子水洗涤，洗至中性，将所得沉淀进行干燥，研磨后，过100目筛子；步骤2：MgFe
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LDH/AC复合电容电极制备：以钛网为基底，将电极材料与PTFE、炭黑、NMP混匀后刮涂于钛网上，然后烘干制备电容电极。2.根据权利要求1所述的一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用，其特征在于：所述步骤1中的镁盐和铁盐分别采用MgCl2与FeCl3；所述步骤1中取5g活性炭，将MgCl2、FeCl3以金属元素原子摩尔比2:1，金属元素与活性炭质量比(0.15~0.6):1，投于200mL去离子水中。3.根据权利要求1所述的一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极制备方法及应用，其特征在于：所述步骤1中所得沉淀置于恒温干燥箱中80
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120℃下干燥12
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24h。4.根据权利要求1所述的一种MgFe
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LDH/AC复合电极材料、电容电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋靖珂，李晨阳，李瑞歌，赵鑫，武大鹏，刘瑞瑞，蒋凯，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：