本发明专利技术涉及离子交换树脂改性PVDF炭电极及其制备方法，用于淡水处理技术，由活性炭粉、石墨粉、PVDF、离子交换树脂粉末、有机溶剂等制成，所制备的离子交换树脂改性PVDF炭电极利用外加电压吸附水中离子，能高效的去除水中的盐分，且电极具有足够的机械强度以承受水流的剪切力以及良好的可逆性能，对原水水质的应用范围较宽。PVDF作为粘结剂将活性炭粉、石墨粘结，离子交换树脂粉末的掺杂可增加电极上的-SO3H，-OH。-SO3H，-OH均为亲水性官能团，本发明专利技术制备工艺简单，能耗低，不产生任何副产物，无二次污染，处理费用低，在常温，常压下进行电吸附除盐，除盐率高达90%。可应用于电吸附水处理领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及离子交换树脂改性PVDF炭电极，同时还公开了离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，用于淡水处理技术，属于电吸附水处理
技术介绍
随着经济的发展和人口的膨胀，工业及生活所需的淡水资源日益匮乏，水资源净化已经成为世界范围内普遍关注的问题。在国内应用的除盐工艺主要有化学除盐(离子交换法)、膜分离技术除盐(电渗析和反渗透法)和热力除盐(蒸馏法)。目前，去除水中阴阳离子(包括重金属和放射性同位素)的主要手段为离子交换法。但此法需要大量的离子交换树脂和再生用的酸碱等工业原料，因此不仅运行费用很高，而且酸碱废液的排放还会造成污染。膜分离法对膜和进水水质的要求很高，此外运行和维护的操作也比较麻烦。热力除盐因耗能高使得制水成本相当高，不能满足大量工业生产用水，因此该法难以实现工 业化。电吸附除盐(ElectroSorbTechnology,简称EST),因其具有运行能耗低、水利用率高、无二次污染和操作、维护简便等优点，可以应用在饮用水净化、海水、苦咸水淡化(净化)、废水处理领域和工业用水处理等领域，所以已引起众多学者的广泛关注。电极是电吸附技术的关键，电吸附技术的电极材料不仅要求导电性能良好，而且还要有较大的比表面积，能提供尽可能多的双电层。由于EST电极用于吸附水中的离子，因此增加电极的离子吸附容量至关重要，另外电极的机械性能以及经济性也决定着EST的商业价值。粉末活性炭是一种熟知的，价廉，具能满足以上条件的电极材料，广泛的应用于电吸附技术中。普通炭电极的电化学反应会被粘结剂压制因而导电性能较差，且炭电极的吸附能力取决于许多因素，例如电极比表面积，孔隙的分布，表面官能团以及表面极性，另外一个影响电极吸附容量的重要因素就是电极的亲水性。尽管电极有较大的比表面积，但若与水的接触面积小也会降低吸附容量。韩国Jae-Bong Lee等人已利用聚四氟乙烯作为粘结剂粘结活性炭粉制成电吸附电极，且对增加电极的亲水性进行了研究。但其制备方法导致亲水性没有得到充分的提高，且制备的炭电极易产生氧化还原电流而降低电极的吸附容量，机械性能也较差。因此，由目前的研究状况可知增加电极的亲水性、导电性以及机械性能对于电吸附技术的发展至关重要。
技术实现思路
本专利技术公开离子交换树脂改性PVDF炭电极，目的在于大幅度的提高普通炭电极亲水性，导电性以及电吸附容量。本专利技术还公开了上述离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，适用于工业化生产，且利用离子交换树脂改性PVDF炭电极制备电吸附除盐装置。本专利技术的离子交换树脂改性PVDF炭电极，其特征在于按以下原料按重量份数比制成: 活性炭粉、石墨粉、PVDF、离子交换树脂粉末、有机溶剂。其中活性炭粉、石墨粉、PVDF,离子交换树脂粉末、有机溶剂的比例为10:10:1 4:2 4:13。本专利技术所述的离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备，主要按以下步骤进行 1)将石墨粉、活性炭粉、离子交换树脂粉末分别进行预处理； 2)将PVDF与步骤I)中预处理的石墨粉混合，然后溶于有机溶剂_N、N二甲基乙酰胺，常温下搅拌12h得浆液A，利用浆液A在支撑玻璃板上刮膜，烘干，真空灼烧，即得电极的导电层； 3)将PVDF与步骤I)处理的活性炭粉和离子交换树脂粉末混合，然后溶于有机溶剂-N、N 二甲基乙酰胺，常温下搅拌12h得浆液B，利用浆液B在步骤2)中制得的电极的导电层上刮膜，烘干，制得离子交换树脂改性PVDF炭电极。本专利技术所述的离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法其特征在于 步步骤I)所述的石墨粉、活性炭粉、离子交换树脂粉末预处理方法分别为 1)活性炭、石墨的预处理方法将活性炭粉、石墨粉分别放在蒸馏水中浸泡24h，120°C加热烘干24h ； 2)离子交换树脂粉末的预处理方法 阳树脂粉末的预处理将水洗后的阳树脂粉末用2倍体积的NaOH溶液浸泡4后排掉，然后用清水洗至排出液接近中性为止；再通入2倍体积的HCl浸泡4小时排掉，然后用清水清洗接近中性； 阴树脂粉末的预处理将水洗后的阴树脂粉末用2倍的HCl溶液浸泡4后排掉，用清水洗至排出液接近中性； 再通入约2倍的NaOH溶液浸泡4排掉，再用清水清洗接至中性。本专利技术所述的离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，其特征在于 步骤2)、步骤3)所述的有机溶剂可为N、N 二甲基乙酰胺，N、N 二甲基甲酰胺。本专利技术所述的离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，其特征在于 步骤3)中所述的离子交换树脂粉末可以是阳离子交换树脂粉末001X7，可以是阴离子交换树脂粉末201 X 7。阴、阳离子交换树脂粉末可分别掺杂于阴阳电极中进行改性，也可将离子交换树脂粉末混合掺杂于极片中进行改性。本专利技术所述的离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，其特征在于 阳离子交换树脂粉末001 X 7与阴离子交换树脂粉末201 X 7的混合比例为1:0. 8 I。本专利技术所述的离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，其特征在于 所述的NaOH溶液的摩尔浓度为2% 4%，HCl溶液的摩尔浓度为5% 8%。利用本专利技术的离子交换树脂改性PVDF炭电极作为电吸附材料去除水中盐分的方法，按以下步骤进行 将离子交换树脂改性PVDF炭电极制备成电吸附除盐装置，水流速0. 6L/h，在外加电源的作用下，原水在阴阳电极之间流动，通电时水中离子将分别向带相反电荷的电极迁移并被该电极吸附在电极表面所形成的双电层，随着离子/带电粒子在电极表面富集浓缩，使通道水中的溶解盐类、胶体颗粒及其他带电物质的浓度大大降低，从而实现了水的除盐、去硬度及净化。再生时短接电极，被吸附的离子又从电极表面释放，电极得到再生。本专利技术的积极效果在于 离子交换树脂改性PVDF炭电极是一种新型的电吸附材料。所制备的离子交换树脂改性PVDF炭电极利用外加电压吸附水中离子，能高效的去除水中的盐分，且电极具有足够的机械强度以承受水流的剪切力以及良好的可逆性能，对原水水质的应用范围较宽。PVDF作为粘结剂将活性炭粉、石墨粘结，离子交换树脂粉末的掺杂可增加电极上的-SO3H, -OH。-SO3H, -OH均为亲水性官能团，因此离子交换树脂的掺杂可增强电极的亲水性。离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备包括石墨层，石墨层与吸附炭层结合成为一体，可增强电极的导电性。本专利技术制备工艺简单，能耗低，不产生任何副产物，无二次污染，处理费用低，在常温，常压下进行电吸附除盐，除盐率高达90%。可应用于电吸附水处理领域。附图说明 图I为电极的构造图，电极共三部分组成支撑层(有机玻璃板)，导电层(石墨层)，吸附层(活性炭层); 图2-1是未经离子交换树脂改性的传统炭电极的接触角测试； 图2-2实施例I 3制备的离子交换树脂改性PVDF炭电极与水滴的接触角测试； 图2-3实施例4制备的离子交换树脂改性PVDF炭电极与水滴的接触角测试； 图2-4实施例5制备离子交换树脂改性PVDF炭电极与水滴的接触为测试； 图2-5实施例6制备离子交换树脂改性PVDF炭电极与水滴的接触角测试； 图2-6实施例7制备离子交换树脂改性PVDF炭电极与水滴的接触角测试； 图3-1为未经离子交换树脂改性的传统炭电极的电阻的交流阻抗复数平面 图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种离子交换树脂改性PVDF炭电极，其特征在于由以下原料按重量份数比制成 活性炭粉10份、石墨粉10份、PVDF (I 4)份、离子交换树脂粉末(2 4)份、有机溶剂13份。2.根据权利要求I所述离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法，按以下步骤进行 .1)将石墨粉、活性炭粉、离子交换树脂粉末分别进行预处理； .2)将PVDF与步骤I)中预处理的石墨粉混合，然后溶于有机溶剂_N、N二甲基乙酰胺，常温下搅拌12h得浆液A，利用浆液A在支撑玻璃板上刮膜，烘干，真空灼烧，即得电极的导电层； .3)将PVDF与步骤I)处理的活性炭粉和离子交换树脂粉末混合，然后溶于有机溶剂-N、N 二甲基乙酰胺，常温下搅拌12h得浆液B，利用浆液B在步骤2)中制得的电极的导电层上刮膜，烘干，制得离子交换树脂改性PVDF炭电极。3.根据权利要求2所叙述离子交换树脂改性PVDF炭电极的制备方法其特征在于 步骤I)所述的石墨粉、活性炭粉、离子交换树脂粉末预处理方法分别为 .1)活性炭、石墨的预处理方法将活性炭粉、石墨粉分别放在蒸馏水中浸泡24h，.120°C加热烘干24h ； .2)离子交换树脂粉末的预处理方法 阳树脂粉末的预处理将水洗后的阳树脂粉末用2倍体积...
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑛洁，郭佳，马庆华，
申请(专利权)人：吉林省华通制药设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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