[发明专利]一种基于静电纺丝制备电化学脱盐电极的方法

说明书

本发明涉及电化学脱盐技术领域，针对PB导电性差、易团聚的问题，公开了一种基于静电纺丝制备电化学脱盐电极的方法，包括CNT/PAN纳米纤维膜的制备、PANI/CNT/PAN纳米纤维膜的制备、PB/PANI/CNT中空纳米纤维膜的制备和EDI电极的制备。本发明用静电纺丝法制PAN纤维并在表面包裹一层导电聚苯胺，使负电性的PB晶体在其表面合成，制得PB/PANI/CNT/PAN纳米纤维，溶去PAN形成PB/PANI/CNT中空纤维。该方法将PB与PANI/CNT结合，使材料具有较高的导电性和快速离子传输结构，解决了PB材料导电性差、易团聚的问题，提高了PB材料的脱盐量、倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电化学脱盐技术领域，尤其涉及一种基于静电纺丝制备电化学脱盐电极的方法。

背景技术

由于人口不断的增长及快速工业发展造成的环境污染，使得淡水资源短缺的问题日趋严重。发展绿色高效的海水脱盐技术，对缓解我国沿海缺水地区和海岛水资源短缺状况，保障水资源的可持续利用具有重要意义。目前，广泛使用的海水淡化技术主要有多效蒸馏法、反渗透法、电渗析法等，但是这些方法仍存在能耗高、维护成本高、不利于环境保护等问题。

电容去离子技术（Capacity Deionization，CDI）是一种新型的水处理技术，因其低能耗、低成本、易于操作和无二次污染等优点，近年来引起了广泛关注。该技术是基于双电层原理，通过施加电场使溶液中的离子向带有相反电荷的电极处移动，并在电极表面形成双电层。双电层能吸附并储存大量的离子，从而达到脱盐的目的。当吸附过程结束，将电压反向或撤去，吸附于电极表面的离子将返回溶液中，实现电极的循环再生。电极材料是CDI技术的关键组成部分，一般来说，电极材料应具有高导电性、良好的浸润性、高比表面积和较窄的孔径分布等特点。目前研究报道的CDI电极材料主要是以活性炭、碳气凝胶、碳纳米管和石墨烯等为代表的碳纳米材料。由于这些碳电极本身的电吸附容量有限，并且在电吸附过程中会发生双电层重叠效应，因而CDI的脱盐效率较低，不能满足实际应用的要求。为了提高脱盐效率，发展出各种新型CDI系统。包括膜电容去离子技术（MCDI），混合电容去离子技术（HCDI）和流动电极去离子技术（FCDI）。其中，HCDI系统将CDI和电池系统结合，一侧电极由活性炭组成，通过双电层作用吸附氯离子，一侧电极由电池型材料组成，通过化学键作用捕获钠离子，因而具有很高的脱盐效率和脱盐能力。用于储钠的电池型负极材料主要包括金属氧化物和硫化物。金属氧化物有CoO、MoO₃、CuO、Fe₂O₃，其理论容量较高，但是材料在循环过程中会发生体积膨胀，破坏结构完整性，导致稳定性和倍率性能较差。金属硫化物包括Sb₂S₃、Ni₃S₂、MoS₂、FeS₂等，原料来源广，价格低廉，但同样存在导电性差的缺点。因此提高此类电池型材料的导电性、循环性和倍率性能成为改善此类材料电化学性能的重要研究方向。

电化学脱盐技术（Electrochemical Deionization，EDI），利用电池型材料取代传统碳电极材料，在电极两端施加恒定电流取代传统的恒压模式，在水分解电压范围内，恒流充电时钠离子通过电解质进入负极，电子补偿到负极确保电荷平衡，与电极材料发生还原反应达到脱盐的目的；恒流放电时电子补偿回到负极确保电荷平衡，负极电极材料失去电子发生氧化反应，钠离子从负极脱出实现电极材料的循环再生。