[发明专利]一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法，通过制备碳气凝胶，并将所制备的碳气凝胶作为活性材料，涂覆于泡沫镍上，并在外部支撑网状多孔聚四氟乙烯支撑板制备得到电极片，可以有效提高除盐效率，延长了使用寿命，除盐率达到90%以上。

技术领域

本发明属于电容吸附脱盐技术领域，具体涉及一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片及其制备方法。

背景技术

电容去离子( Capacitive Deionization, CDI)，是一种基于双电层电容理论的水质淡化净化技术。 其基本原理是在电极上施加低电压后，溶液中阳离子、阴离子或带电粒子在电场力和浓度梯度作用下分别向两极迁移，吸附于电极表面形成双电层，从而达到脱盐或净化的目的，具有能耗低, 污染小, 易操作等优点。

碳气凝胶是一种新兴的结构可控的纳米多孔非晶碳素材料，由于其具有丰富的空洞、连续的网络结构、高比表面积和良好的导电性能，是一种理想的电极材料。可用于制造双电层电容器，还可用于去除水中的阴阳离子、重金属离子、辐射性同位素及一些有机废弃物等水处理领域，具有良好的应用前景。

现有技术中针对于电容吸附电极片的开发研究较多，将碳气凝胶与其他物质联系应用于电容吸附电极片中已有报道：CN105540765A公开了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。CN108285195A公开了一种碳气凝胶负载二氧化锰的电极材料的制备及应用，通过溶胶-凝胶法合成碳气凝胶，然后通过水热法负载二氧化锰形成复合材料，再以泡沫镍为导电基体进行压片；在电化学工作站测试循环伏安曲线和恒流充放电曲线，优化电极材料；然后将优化的电极材料用于脱盐反应装置，考察电压、流速、进水浓度对脱盐效果的影响。可以降低脱盐成本、降低污染并提高电极吸附量。公开的技术虽然具备一定的脱盐效果，但是存在制作过程复杂，成本高，效率低，电极片使用寿命低的缺陷。

有鉴于此，需要发明一种成本低，脱盐效果好，使用寿命长的电极片。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片，并同时提供其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明一方面提供了一种电容吸附脱盐用碳气凝胶电极片，其通过以下步骤制备：

步骤一：碳气凝胶的制备

（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；

所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；

（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；

（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；

（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶；

步骤二：电极片的制备