[发明专利]一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法包括以下步骤：将N,N‑二甲基甲酰胺和甲醇加入离心管中，然后加入对苯二甲酸或其相关配体；待溶解完全后加入碳纳米管，再加入钛酸前驱体，将上述溶液进行加热反应，反应结束后冷却至室温，用第一有机溶剂洗涤多次，在60‑120℃下进行烘干，得到CNT‑Ti‑MOF材料；将上述制备CNT‑Ti‑MOF放入瓷舟中，在管式炉中碳化，其中，碳化温度在400‑1000℃，升温速率为2‑10℃/min，保温2‑5h，碳化气体为N₂或Ar，冷却至室温，得到碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料。该方法得到的材料比传统碳基电极材料对水的浸润性更好，除盐效率更高。

技术领域

本发明涉及电容去离子材料的技术领域，具体涉及一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法及其应用。

背景技术

淡水资源是人类生存和发展不可或缺的一部分，人类的生命活动、社会活动以及工农业发展都离不开淡水。虽然地球表面70％被海水覆盖，但是可被人类利用的淡水资源仅占0.27％。且由于工业、农业及城市居民日常生活对天然淡水资源的造成的污染，淡水以及生活饮用水资源的危机己愈加严俊。所以，如何将海水转化为可被人类利用的淡水以及如何将饮用水净化是目前急需解决的问题。传统淡化及净化技术包括热分离和膜分离，它们都普遍存在成本高，能耗显著，产水率低等方面的缺陷。二十世纪六十年代以来，学界开始发展电容去离子技术，这是一种新型的水处理技术，它具有运行能耗低、水利用率高、电极再生、无二次污染等优点。目前电容去离子技术普遍采用活性炭、介孔碳、碳纳米管、石墨烯等作为电极材料，这种材料的主要问题是材料对水的浸润性差以及除盐效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法及其应用，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

本发明提供一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

α1、合成：将N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和甲醇（MeOH）按摩尔比12:1-7:1的比例加入离心管中，然后加入对苯二甲酸或其相关配体；

待溶解完全后加入0.01-0.2g碳纳米管，超声30-60min后再加入钛酸前驱体，其中，钛酸前驱体与对苯二甲酸或其相关配体的摩尔比为1:8-1:1，搅拌后，将上述溶液加入反应釜中进行加热反应，反应结束后冷却至室温，用第一有机溶剂洗涤多次，在60-120℃下进行烘干，得到粒径为0.2-5μm的碳纳米管复合的金属有机骨架材料CNT-Ti-MOF；

α2、碳化：将步骤α1中制备的CNT-Ti-MOF放入瓷舟中，在管式炉中碳化，其中，碳化温度在400-1000 ℃，升温速率为2-10℃/min，保温2-5h，碳化气体为N₂或Ar，冷却至室温，得到碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料。

其中，N,N-二甲基甲酰胺简写DMF，甲醇简写MeOH，碳纳米管复合的金属有机骨架材料简写CNT-Ti-MOF。

在一些实施方式中，对苯二甲酸的盐类或其它相关配体可以为2-氨基对苯二甲酸、2,5-二氨基对苯二甲酸或2,6-二氨基对苯二甲酸中的一种或多种。

在一些实施方式中，钛酸前驱体为钛酸四正丁酯或钛酸四异丁酯。

在一些实施方式中，搅拌速率为400-1000r/min，搅拌时间为10-60min。

在一些实施方式中，反应温度为120-180℃，反应时间为16-48h。

在一些实施方式中，第一有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇中的一种或多种。

一种电容去离子用电极的制备方法包括以下步骤：