[发明专利]一种改性活性炭及电容去离子电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料改性技术领域，特别涉及一种改性活性炭及电容去离子电极的制备方法。

背景技术

近年来，由于与日俱增的水资源危机，电容去离子引起了科学界广泛的关注，这种技术在生物、医学等技术领域也有很广泛的应用前景。

电容去离子(CDI)就是利用电化学方法，使用多孔碳材料为电极来实现海水的淡化。脱盐量是电容去离子工艺的一个重要参数，也是考察商业前景的重要指标。脱盐量，即单位质量电极材料吸附盐分的质量。当前，主要是通过提高电极材料的亲水性和电容性能等来提高CDI的脱盐能量。当电极表面含有亲水官能团时，会提高电极的亲水性，溶液与电极表面充分接触，有利于电极脱盐效率的提高；但如果含量过高，会降低电极的导电性，同时也可能导致电极电化学反应的发生，这些都会对电极的脱盐效率都会产生不利影响，因此控制材料表面官能团的种类和含量对电极的电容去离子性能也有很大影响。

电极材料是CDI的关键组成部分，电极材料的性能直接决定着电池的脱盐量，脱盐速率和稳定性。目前，最广泛用于CDI电极的是碳材料，因为它们具有卓越的化学、机械和热稳定性，以及可调的电性能。碳材料因原料和制备方法不同，表面会含有不同的官能团，这些官能团的种类和含量对溶液的浸润性及电极稳定性都会产生影响。

当前电容去离子脱盐电极材料的研究热点多集中于炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯这些性能优良的新型炭材料，虽己取得可喜进展，但由于这些新型材料还处于基础研究阶段，制备工艺尚不完善，难以大批量制备，因此这些新颖的炭材料存在制备成本高昂，产量不足等缺点，制约了电容去离子技术工业化应用。

发明内容

本发明提供一种改性活性炭的制备方法。该方法制备工艺简单，通过臭氧化处理制备出的改性活性炭具有较好的亲水性能和电容性能，增强了电极材料表面的润湿性能，能有效的提高了电容去离子工艺的脱盐量和脱盐速率。具体通过以下技术方案实现：一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将活性炭与水混合，得混合物料；

(2)将所述混合物料超声处理；

(3)将步骤(2)处理后的混合物料进行臭氧氧化处理；

(4)将步骤(3)处理后的混合物料在-18℃～-20℃下冷冻；

(5)将步骤(4)处理后的混合物料在-18℃～-20℃下冷冻干燥。

作为优选的技术方案，所述活性炭的总孔容为0.95-1.05cm³/g。

作为优选的技术方案，所述活性炭的比表面积为：1800-2200m²/g。

作为优选的技术方案，所述臭氧氧化以氧气为气源。

作为优选的技术方案，所述臭氧氧化过程中，气体流量为0.15～0.2Nm²/h，臭氧浓度为100～130mg/L，臭氧产率为9～10g/h，温度设置为25℃；氧氧化的时间为50min。

作为优选的技术方案，所述超声处理10～20min，冷冻时间为2～4h，冷冻干燥时间为72～96h。

作为优选的技术方案，所述活性炭与水比例为3～4:200-300g/ml。

本发明还提供上述任意制备方法得到的改性活性炭。

本发明还提供电容去离子技术用电极，包括上述任意一种改性活性炭。

本发明还提供上述电容去离子技术用电极的加工工艺，将所述改性活性炭制备成电极片与橡胶垫片、有机玻璃隔板和无纺布组装成电容去离子模块单元。将得到的电容去离子模块单元和蠕动泵、直流稳压电源、电导率测试仪组成电容去离子系统用于含盐水淡化，在线监测电导率变化。

进一步地，在上述技术方案中，所述的电容去离子系统循环30次以上，每个循环中吸附和脱附时间均为1200s。

发明有益效果为：本发明所用原料为活性炭，价格低廉，简便易得；本发明通过简单的臭氧化处理，制备出的改性活性炭具有很好的亲水性和电容性能，很适合用于电容去离子技术；改性活性炭用于电容去离子技术的电极材料，能有效的提高脱盐量和脱盐速率，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的改性活性炭(ACO)和初始活性炭(AC)的扫描电镜图；

图2为本发明制备的改性活性炭(ACO)和初始活性炭(AC)的红外吸收光谱图；

图3为本发明制备的改性活性炭(ACO)和初始活性炭(AC)由物理吸附仪测定的孔径分布图；

图4为本发明制备的改性活性炭(ACO)和初始活性炭(AC)的CV图；

图5为电容去离子模块单元；