【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合电极材料的，尤其涉及一种镍锰碳三元复合材料及其制备方法、电极和重金属废水的电容去离子处理方法。
技术介绍
1、随着全球经济的迅速发展，人类对水资源的需求越来越大，但水资源的污染问题也越来越严重。其中，重金属废水为典型的工业废水，主要来自于冶金、采矿、颜料、农药、医药以及电解等行业，具有来源广、产生量大等特点。此外，由于重金属具有不可生物降解性，可通过食物链最终在人体内积累，对人体健康造成极大的威胁，具有严重的生物危害性。因此，实现对重金属废水合理高效的治理对于生态环境至关重要。
2、化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、生物处理法等为对水中重金属污染物最常用的处理方法。这些技术虽然能够实现对废水中重金属离子的分离和回收，但是实际应用过程中存在着受运行成本、处理效率、操作复杂性、二次污染、高能耗以及应用范围等多方面因素的限制，局限性较大。
3、电容去离子技术(cdi)为一种新型的水处理技术，利用静电或电化学相互作用力，将重金属离子固定于电极表面或在电极表面析出，从而实现分离去除，同时具备成本低、耗能小以及循环利用能力强等特点，在以往的研究中证明具有显著的离子去除效果，逐渐成为当下的热门研究方向。
4、电极材料是电容去离子技术的关键，活性炭等碳基材料具有丰富的孔结构、良好的吸附性能，是cdi中最常用的电极材料。但是，大部分碳基材料导电性较弱，对于重金属离子的吸附、选择性较差；在实际应用中，面对成分复杂的废水，无法有效去除水体中的重金属离子，具有较大的局限性。
1、为了获得一种对于镉、铅以及锌具有特异性吸附能力的电极材料，从而实现对重金属废水的有效处理，本专利技术提供了一种镍锰碳三元复合材料及其制备方法、电极和重金属废水的电容去离子处理方法。
2、第一方面，本专利技术提供的镍锰碳三元复合材料采用以下的技术方案：
3、一种镍锰碳三元复合材料，包括椰壳碳和负载于椰壳碳上的添加剂，所述添加剂为掺杂有镍的隧道结构二氧化锰。
4、本专利技术中，所述镍锰碳三元复合材料的比表面积优选为800～1100m2/g，平均孔径优选为2～8nm，孔容积优选为0.5～0.8cm3/g。在一些具体的实施方式中，所述三元复合材料的比表面积可以是800m2/g、820m2/g、850m2/g、900m2/g、950m2/g、1000m2/g、1050m2/g、1100m2/g或它们之间的任意值；平均孔径可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm或它们之间的任意值；孔容积可以是0.5cm3/g、0.6cm3/g、0.7cm3/g、0.8cm3/g或它们之间的任意值。
5、第二方面，本专利技术提供的以上所述镍锰碳三元复合材料的制备方法采用以下的技术方案：
6、一种镍锰碳三元复合材料的制备方法，该方法包括通过共沉淀的方法在椰壳碳上负载掺杂有镍的隧道结构二氧化锰，得到所述镍锰碳三元复合材料。
7、本专利技术中，所述共沉淀的方法具体包括：
8、s1、取椰壳碳、高锰酸盐、二价镍化合物和溶剂混合，配制得到混合液，进行浸渍；
9、s2、取经过浸渍的混合液和二价锰化合物混合，于100～110℃下反应18～20h，固液分离，得到所述镍锰碳复合材料。
10、本专利技术中，s1中的高锰酸盐指的是能够提供mno24-的化合物，具体可以是但不限制于高锰酸钾和/或高锰酸钠。
11、本专利技术中，s1中的二价镍化合物指的是能够提供ni2+的化合物，具体可以是但不限制于硫酸镍或其水化物、硝酸镍或其水化物和氯化镍或其水化物中的一种或多种。
12、本专利技术中，s2中的二价锰化合物指的是能够提供mn2+的化合物，具体可以是但不限制于硫酸锰及其水化物、硫化锰及其水化物和硝酸锰及其水化物中的一种或多种。
13、本专利技术中，s1中所述浸渍在超声条件下进行且超声的时间为30～60min，超声的具体的时间可以是30min、33min、35min、40min、45min、50min、60min或他们之间的任意值。
14、本专利技术中，通过调控椰壳碳、高锰酸盐、二价锰化合物以及二价镍化合物的添加量，使得镍锰碳三元复合材料具有更加完善的电子传输网络以及更好的离子选择吸附能力。
15、在一些优选的实施方式中，s1中椰壳碳、高锰酸盐以及二价镍化合物的添加质量比优选为1:(0.2～0.3):(0.010～0.015)，具体可以是1:0.2:0.010、1:0.2:0.012、1:0.3:0.010、1:0.3:0.015或它们之间的任意值。
16、在一些优选的实施方式中，s2中椰壳碳和二价锰化合物的添加质量比优选为1:(0.2～0.3)，具体可以是1:0.2、1:0.21、1:0.25、1:0.30或它们之间的任意值。
17、第三方面，本专利技术提供的一种电极采用以下的技术方案：
18、一种电极，包括以上所述的镍锰碳三元复合材料。
19、第四方面，本专利技术提供的以上所述电极的制备方法采用以下的技术方案：
20、一种电极的制备方法，该方法具体包括：所述镍锰碳三元复合材料、活性炭、炭黑以及粘合剂按(5～7):(1～3):(0.9～1.1):1的质量比与溶剂混合，得到电极浆料；将所述电极浆料涂布于基板表面，干燥得到所述电极。
21、第五方面，本专利技术提供的一种重金属废水的处理方法采用以下的技术方案：
22、一种重金属废水的处理方法，该方法包括以上述电极作为阴极，通过电容去离子技术对重金属废水进行处理。
23、本专利技术中，所述重金属废水中包括镉、铅和锌。
24、有益效果：
25、本专利技术中提供的镍锰碳三元复合材料以椰壳碳作为基体，掺杂镍的隧道结构二氧化锰作为添加剂负载于椰壳碳上，该镍锰碳复合三元材料具有良好的多级孔结构和优秀的电性能，同时也对于镉、铅和锌等重金属离子具有非常优秀的选择性吸附能力；以该镍锰碳复合三元材料作为阴极材料应用于cdi中时，不论是面对成分简单的标准溶液还是面对成分复杂、重金属浓度高的重金属废水，对于镉、铅和锌这三种重金属离子具有良好的去除效果。
26、推测其原因可能是：通过在椰壳碳基底上负载有镍的隧道结构二氧化锰构建多级孔结构，使得镍锰碳三元复合材料具有丰富的活性位点以及完善的电子传输网络，能够实现电化学过程中质子、离子以及电荷的有效传导，椰壳碳表面所含有特定官能团组成和多级孔结构的协同作用赋予了椰壳碳与镉、铅和锌的高亲和力和高容量；更加重要的是，相较于掺杂除镍以外金属的隧道结构二氧化锰，使用掺杂镍的隧道结构二氧化锰和椰壳碳在电学双电层形成以及离子固定的过程中能够发挥更好的协同效果，提高对于镉、铅以及锌的吸附选择性以及对镉、铅以及锌的吸附动力学效率，使得在面对成分复杂的重金属污水时，仍具有很好地捕获吸附镉、铅以及锌这三种重金属离子，进而实现良好的去除效果。
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1.一种镍锰碳三元复合材料，其特征在于，包括椰壳碳和负载于椰壳碳上的添加剂，所述添加剂为掺杂有镍的隧道结构二氧化锰。
2.根据权利要求1所述的镍锰碳三元复合材料，其特征在于，所述镍锰碳三元复合材料的比表面积为800～1100m2/g，平均孔径为2～8nm，孔容积为0.5～0.8cm3/g。
3.权利要求1或2所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括通过共沉淀的方法在椰壳碳上负载掺杂有镍的隧道结构二氧化锰，得到所述镍锰碳三元复合材料。
4.根据权利要求3所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，所述共沉淀的方法具体包括：
5.根据权利要求4所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述椰壳碳、高锰酸盐以及二价镍化合物的添加质量比为1:(0.2～0.3):(0.010～0.015)；
6.根据权利要求4所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述椰壳碳和二价锰化合物的添加质量比为1:(0.09～0.10)。
7.一种电极，其特征在于，包括权利要求1或2所述的镍
8.权利要求7所述的电极的制备方法，其特征在于，该方法具体包括：所述镍锰碳三元复合材料、活性炭、炭黑以及粘合剂按(5～7):(1～3):(0.9～1.1):1的质量比与溶剂混合，得到电极浆料；将所述电极浆料涂布于基板表面，干燥得到所述电极。
9.一种重金属废水的处理方法，其特征在于，该方法包括以权利要求7所述的电极作为阴极，通过电容去离子技术对重金属废水进行处理。
10.根据权利要求9所述的重金属废水的处理方法，其特征在于，所述重金属废水中包括镉、铅和锌。
...【技术特征摘要】
1.一种镍锰碳三元复合材料，其特征在于，包括椰壳碳和负载于椰壳碳上的添加剂，所述添加剂为掺杂有镍的隧道结构二氧化锰。
2.根据权利要求1所述的镍锰碳三元复合材料，其特征在于，所述镍锰碳三元复合材料的比表面积为800～1100m2/g，平均孔径为2～8nm，孔容积为0.5～0.8cm3/g。
3.权利要求1或2所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括通过共沉淀的方法在椰壳碳上负载掺杂有镍的隧道结构二氧化锰，得到所述镍锰碳三元复合材料。
4.根据权利要求3所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，所述共沉淀的方法具体包括：
5.根据权利要求4所述的镍锰碳三元复合材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述椰壳碳、高锰酸盐以及二价镍化合物的添加质量比为1:(0.2～0.3):(0.01...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐苏，刘涵，陈欢，张唯唯，李华颖，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：
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