一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极及其制备方法和应用，以椰壳作为原料，经过清洗干燥后在管式炉中通过低温炭化制得椰壳炭化物，再与活化剂氢氧化钠在一定比例下混合置于管式炉中高温活化，最后用盐酸清洗高温活化获得的材料，之后用去离子水不断清洗直至中性后烘干

【技术实现步骤摘要】
一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于废水电吸附脱盐
，具体涉及一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]电容去离子技术
(CDI)
作为一种新兴高效
、
节能环保的水体脱盐技术，具有能耗低
、
操作简单
、
成本低
、
无二次污染等优点，迅速成为研究者的关注热点
。CDI
技术是基于双电层原理发展而来，在电极表面去除离子，其性能关键和技术核心无疑是电极材料
。
与传统的活性炭
、
石墨烯
、
碳纳米管等材料相比，生物质碳材料具有资源丰富
、
绿色再生
、
价格低廉等优点；因此利用农业废弃物生产的生物碳材料
CDI
电极方面的应用越来越受重视
。
[0003]传统的
CDI
电极材料制备方法繁琐
、
前体成本较高，比表面积利用率较低，限制了
CDI
技术的进一步发展
。
低成本且制备方法简单的高性能电极材料一直是研究者关注的热点
。
基于该问题，选择生物质作为碳材料的前驱体受到越来越多研究者的青睐
。
因为它具有低成本
、
易获取
、
天然可持续性和环境友好等优点，是制备新型碳材料的理想前驱体
。
从长远来看，生物质资源的有效利用能够为制造业和农业部门的大量固体废物管理做出贡献，对环境保护和人类与自然的可持续发展具有深远意义
。
[0004]至今，已有多种生物质被用于合成生物炭，例如：现有技术中
《
一种生物质衍生多孔碳电极及其制备方法和应用
》
中使用梧桐果作为原料进行合成生物炭，但是梧桐果通常在每年9月
‑
10
月成熟，只有当果熟开裂时采收，然后晾干脱粒，才能进行后续的加工生产，由于存在天然的时间限制，梧桐果并不是一个很好的生物质
。
并且梧桐果衍生炭材料比表面积为
3846.21m2/g
，且含有大量的微孔，存在孔隙利用率低下的问题
。
如何解决上述问题，寻找更优的生物质原料，是本领域所面临的难题
。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了解决上述问题，本专利技术提供了一种椰壳衍生碳电极的制备方法用于电吸附脱盐
。
[0006]技术方案：本专利技术所述的椰壳衍生碳材料用于电吸附脱盐的方法，包括：以清洗预处理后的椰壳作为碳源，将所述碳材料在惰性气体条件下在管式炉中热解，获得椰壳衍生碳材料；将所述衍生碳材料
、
粘结剂和分散剂混合物涂覆在石墨纸上成椰壳衍生碳电极
。
[0007]本专利技术所述的椰壳衍生碳电极的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一，将椰壳剪切后用去离子水清洗，随后置于瓷舟中；
[0009]步骤二，将步骤一瓷舟在管式炉中进行低温碳化，得到碳化的材料研磨成粉末状；
[0010]步骤三，将步骤二所得材料与活化剂混合后置于瓷舟中，然后在管式炉中进行高温活化；
[0011]步骤四，将步骤三所得材料置于烧杯中，用盐酸进行清洗，随后使用去离子水清洗至中性，干燥后获得椰壳衍生碳
。
[0012]步骤五，将椰壳衍生碳与聚四氟乙烯分散在无水乙醇中超声，再均匀的涂覆于石墨纸的任一表面，然后放置烘箱烘干后即得椰壳衍生碳电极
。
[0013]优选的，步骤二中，碳化的温度要求为
300
～
450℃
，反应时间为
60min
，所述惰性气体为氮气，升温速率
5℃
～
10℃/min。
利用缓速升温逐渐碳化，最高限度保护生物质碳电极材料的结构完整
。
[0014]优选的，步骤三中，所述活化剂为
NaOH、ZnCl2、H3PO4中的一种；
[0015]优选的，步骤五中，所述椰壳衍生碳与聚四氟乙烯的质量比为1～
2:1。
[0016]本专利技术所述的椰壳衍生碳在电吸附脱盐中的应用
。
[0017]专利技术机理：本专利技术中电吸附脱盐电极材料为自制椰壳衍生碳，其中电吸附脱盐电池由一对多孔电极
(
通常是碳材料
)
和中间一个隔板
(
开放通道或多孔介电材料
)
组成，给水在电极之间或通过电极流动
。
对多孔电极对施加
0.8
‑
1.6V
的电压差
(
称为电池电压或充电电压
)
，溶液中的带电离子由于静电作用向相反电荷的电极处移动，形成双电层，从而从溶液中去除盐分
。
盐离子被静电保留在双电层中，直到外部电源短路或极性反转，会释放离子产生盐水流，进行“脱附”过程，离开电池的电荷可以用来回收能量
。
[0018]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0019](1)
较高的比表面积
(SSA)
以及
SSA
利用率；本专利技术制得的椰壳衍生炭材料的表面积为
2782.97m2/g
，含有大量的介孔
。
虽然椰壳衍生炭材料的比表面积较小，但其脱盐量很好，说明本专利技术的孔隙利用率更大
。
[0020](2)
良好的电化学稳定性以确保系统稳定
、
运行持久；本专利技术制备的椰壳炭在
10
次脱盐循环后，盐吸附量并未大幅衰减，比梧桐果材料更加稳定
。
[0021](3)
制备方法简单，成本低廉；椰壳含灰分
0.61
％，木质素
36.51
％，纤维素
53.06
％，戊聚糖
29.27
％
(
总量
)
，是一种具有潜力的生物质资源，将椰壳用于电容去离子上除盐，可以使大量的椰壳废物得到资源化利用
。
[0022](4)
便于离子迁移的孔隙结构
。
附图说明
[0023]图1为本实施例的的扫描电子显微镜图；
[0024]图2为本实施例的不同活化剂制备的椰壳衍生多孔碳材料的循环伏安图；
[0025]图3为本实施例的椰壳碳材料循环稳定性能图
。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例和说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步解释说明
。
[0027]实施例1[0028]本专利技术的椰壳衍生碳电极，其制备方法包括以下步骤：
[0029](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极的制备方法，其特征在于，包括：步骤一
、
椰壳衍生碳材料的制备：将椰壳剪切
、
经过水洗预处理干燥后置于瓷舟中，然后在管式炉中低温炭化，将得到的炭化物研磨成粉末状后再与设定质量比的活化剂充分混合，然后先置于瓷舟中再置于管式炉中进行高温活化；高温活化后用盐酸洗涤去除产物的杂质，随后用去离子水洗至中性，最后放置烘箱中烘干，得到的产物即为椰壳衍生碳；步骤二
、
椰壳衍生碳电极的制备：将椰壳衍生碳与粘结剂按设定的质量比在无水乙醇中超声混合，最后将混合物均匀涂覆在石墨纸上，然后放置烘箱烘干后即得椰壳衍生碳电极
。2.
根据权利要求1所述的一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极的制备方法，其特征在于，步骤一所述低温炭化包括：在氮气气氛条件下于管式炉中加热升温至
300
～
450℃
并保持
60min。3.
根据权利要求1所述的一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极的制备方法，其特征在于，步骤一所述高温活化包括：在氮气气氛条件下于管式炉中加热升温至
700
～
900℃
并保持
60min。4.
据权利要求1所述的一种电吸附脱盐用椰壳衍生碳电极的制备方法，其特征在于，步骤一所述高温活化过程，活化...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋永伟，宋海欧，曹蕾，甘玲，李云，周田恬，方晓雅，张树鹏，栗文明，葛夏菁，施凯强，周君薇，
申请(专利权)人：江苏省环保集团有限公司，
类型：发明
国别省市：