[发明专利]一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料及其制备方法，所述分子筛结构材料与多孔碳材料的质量分数比10～40％：60～90％。制备方法包括：将多孔碳材料和分子筛结构材料分散在去离子水中，得到分散液，加入粘合剂，得到混合液，搅拌，烘干，得到复合材料，润湿，辊压压覆在惰性导体上，即得。本发明将多孔碳材料与分子筛结构化合物掺杂复合制备成电极，所掺杂的分子筛可有效提高电容器的电荷效率，改善脱盐性能，在电容脱盐方面拥有潜在的应用前景，可广泛用于苦咸水与海水的淡化，硬水软化等领域。

技术领域

本发明属于电极材料及其制备领域，特别涉及一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料及其制备方法。

背景技术

电容吸附脱盐是一种基于双电层电容原理的静电吸附脱盐技术。在外加电源的作用下，溶液中阴、阳离子在静电场的作用下向相反的电极移动并吸附在电极上，实现淡化盐水的目的。

制备低耗高效的电极材料一直是电容吸附脱盐技术的关键所在。多孔碳材料因其具有高比表面积、孔隙发达、导电性良好、来源广泛等优点在电极材料方面应用广泛。其中活性碳、炭气凝胶、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等材料已被用于电容吸附脱盐电极的研究。但是实际电容脱盐应用时，在施加电源充电的过程中，由于共离子的排斥作用，电极内部相同离子消耗电能被排除到溶液中，导致脱盐效率和电极效率降低，增加其能耗。这一问题限制了多孔碳电极材料在电容吸附脱盐领域的应用。

分子筛结构具有孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴，同时分子筛具有良好的离子交换性，其中心极性很强，其表面具有的荷电基团能够调变材料的Zeta电位，可起到离子传输和存储的作用，有利于离子扩散和吸附，是一种性能优异的分离吸附剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料及其制备方法，该方法操作简单，成本低，易于工业化生产应用；制备的分子筛/多孔碳复合电极能够提高对离子的吸附选择性，提高其脱盐性能。

本发明的一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料，所述分子筛结构材料与多孔碳材料的质量分数比为10～40％：60～90％。

本发明的一种电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料的制备方法，包括：

(1)将多孔碳材料和分子筛结构材料分散在去离子水中，得到分散液，加入粘合剂，得到混合液，搅拌，烘干，得到复合材料；分子筛结构材料与多孔碳材料的质量分数比为10～40％：60～90％；粘合剂占分子筛结构材料与多孔碳材料质量之和的6～10％；

(2)将步骤(1)中的复合材料料润湿，辊压压覆在惰性导体上，得到电容吸附脱盐用分子筛/多孔碳复合电极材料。

所述步骤(1)中多孔碳材料为活性炭、导电石墨、碳纳米管、碳纤维和碳气凝胶中的至少一种。

所述步骤(1)中分子筛结构材料的颗粒直径为50纳米-20微米。

所述步骤(1)中分子筛结构材料为硅铝分子筛、磷酸铝分子筛、含杂原子分子筛和金属有机多孔骨架中的至少一种。

所述硅铝分子筛为八面沸石、丝光沸石、ZSM-5、β型和L型分子筛中的至少一种；磷酸铝分子筛为AlPO-5和AlPO-11分子筛中的至少一种。

所述步骤(1)中分散液的浓度为20～80mg/mL。

所述步骤(1)中粘合剂为聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯中的至少一种。

所述步骤(1)中搅拌为常温、常压下机械搅拌，搅拌速率为200-500r/min，搅拌时间为2～4h；烘干的温度为80～100℃。

所述步骤(2)中润湿为用少量乙醇润湿。

所述步骤(2)中惰性导体为钛、石墨和泡沫镍中的至少一种。