[发明专利]一种电容吸附脱盐用Nafion/多孔碳复合电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种电容吸附脱盐用Nafion/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤a：将多孔碳材料在水中超声分散，加入Nafion溶液和粘结剂，机械搅拌共混制备浆液，浆液静置过夜，除去上清液后，经烘干形成絮状混合物，将混合物用乙醇润湿辊压在惰性导体上，得到Nafion/多孔碳复合电极；或者，包括步骤b：将多孔碳材料在水中超声分散，加入粘结剂，机械搅拌共混制备浆液，浆液静置过夜，除去上清液后，经烘干形成絮状混合物，将混合物用乙醇润湿辊压在惰性导体上形成多孔碳电极，利用高压电场将Nafion溶液喷涂于多孔碳电极表面，得到Nafion/多孔碳复合电极。本发明能够有效改善电容脱盐过程中相同离子的排斥效应，提高电流效率，降低能耗。

技术领域

本发明属于电容吸附脱盐用电极的制备方法，本发明制备的Nafion/多孔碳复合电极能够有效减少相同离子排斥作用，提高电流效率，具有高效低耗的脱盐效果。

背景技术

电容吸附脱盐技术是一种具有高效、节能和环保的突出优势的技术，这项技术基于双层电容原理，在外接电源作用下，溶液中可溶性的盐离子在静电场作用下吸附在带有相反荷电的电极上，从而从水中去除达到淡化盐水的目的；放电过程中，将电极短路或反接，离子脱附电极再生能量也可进一步回收利用。可应用于海水和苦咸水的淡化、以及硬水软化等方面。多孔碳材料具有良好的化学稳定性、丰富的孔隙结构、较高的比较面积等优势，因而活性炭、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、碳气凝胶、介孔碳等多孔碳材料已被广泛用于电极材料的研发制备。但在实际脱盐过程中，当对电极施加电源充电时，电极吸附相反荷电离子的同时，也会消耗电能将相同离子排斥到溶液中，最终导致能耗增加，电流效率降低。

目前国内外多通过在多孔碳材料表面修饰活性官能基团，增加离子交换膜等方式来制备提高电极的选择性，提高电容脱盐装置的电流效率和脱盐速率。Yu-Jin Kim等人(Yu-Jin Kim，Jae-Hwan Choi.Enhanced desalination efficiency in capacitivedeionizationwith an ion-selective membrane.Separation and PurificationTechnology 71(2010)70-75)通过在电容器中增加阳离子交换膜制备膜电容器，有效改善脱盐装置的离子选择性，其电流效率从35.5％～43.1％提升到83.9％～91.3％。

Nafion是由全氟化磺酸酯构成的一种阳离子交换剂，链端为亲水性的离子化磺酸基，离子化的Nafion带负电，能够靠电荷排斥阻隔阴离子，因此对阳离子有良好的选择透过性。

本发明利用多孔碳材料电极为基础原料，通过Nafion组分在电极内部或者表面对其进行改性。利用Nafion分子独特的离子选择性以及其链端丰富的磺酸基团将改性电极组装成不对称电容脱盐装置，一方面能够提高电极的离子选择性，减少共离子排斥效应，另一方面其表面丰富的磺酸基团能够有效改善其亲水性，促进离子在电极表面的传输。

发明内容

本发明的目的是针对电容吸附脱盐过程中，共离子的排斥作用导致电流效率的降低，脱盐性能下降的问题，提供一种Nafion/多孔碳复合电极材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电容吸附脱盐用Nafion/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括

步骤a：将多孔碳材料在水中超声分散，加入Nafion溶液和粘结剂，机械搅拌共混制备浆液，浆液静置过夜，除去上清液后，经烘干形成絮状混合物，将混合物用乙醇润湿辊压在惰性导体上，得到Nafion/多孔碳复合电极；

或者，包括步骤b：将多孔碳材料在水中超声分散，加入粘结剂，机械搅拌共混制备浆液，浆液静置过夜，除去上清液后，经烘干形成絮状混合物，将混合物用乙醇润湿辊压在惰性导体上形成多孔碳电极，利用高压电场将Nafion溶液喷涂于多孔碳电极表面，得到Nafion/多孔碳复合电极。