[发明专利]一种生物炭基电容式电极材料和采用其制备的电容式电极

说明书

本发明属于电容去离子技术领域，具体涉及一种生物炭基电容式电极材料、采用其制备的电容式电极及其应用。该电极材料包括生物炭、导电黑和聚偏氟乙烯，所述生物炭、导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比为6‑9:1‑1.5:1‑1.5，所述生物炭由木质纤维素材料炭化处理制得；采用该材料制备生物炭基电容式电极，该电极具有较大的电吸附比容和较小的阻抗，在电化学工作站5mV/s的扫描速率下，其比容量高达173F/g，大幅提高电极的电吸附作用，另外，该电极材料中采用未活化的生物炭作为电极材料的原料，成本更低，有利于电吸附技术的广泛推广。

技术领域

本发明属于电容去离子技术领域，具体涉及一种生物炭基电容式电极材料、采用其制备的电容式电极及其应用。

背景技术

随着全球化进程加快，人口不断增长，水资源问题日益突出。地球的海洋面积占全球面积的百分之七十以上，海水含盐量很高，需要淡化可作为淡水资源使用。相比于离子交换、超滤和纳滤、反渗透等传统的脱盐技术，电吸附无需加压，能耗低且可回收，环境友好。离子交换法，再生麻烦，易产生二次污染；超滤和纳滤过程往往需要二次加压，需要泵提高额外能量，超滤膜和纳滤膜易堵塞易老化，膜成本高，反渗透技术能耗较高且脱盐不彻底。电吸附技术因其水处理效率高，节能节耗等众多优点而受到广泛关注。

电容去离子技术是一种基于静电吸附的高效的水处理技术，应用于水中的离子型污染物去除。作为一种新兴的水处理技术，该技术因具有环境友好，操作简便以及设计简单等优点而受到广泛关注。目前，为了提高电吸附容量，各种材料被用来制备电吸附电极，像活性炭，碳纳米管，炭气溶胶，石墨烯，碳纤维布以及各种金属氧化物和新兴纳米材料等。综上，虽然活性炭是最常用的电极材料，但在实际的推广过程中，活性炭用作电吸附电极的成本依然很高，阻碍了电吸附技术的产业化推广因此，有必要寻求价格更为低廉，环境友好的材料用于制备电吸附电极。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种生物炭基电容式电极材料，该材料直接以木质纤维素材料为原料炭化为生物炭，无需活化剂进一步活化，即与炭黑等材料混合制备成电容式电极材料，且该材料制备的电容式电极电容量较高。

一种生物炭基电容式电极材料，包括生物炭、导电炭黑和聚偏氟乙烯，所述生物炭、导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比为6-9:1-1.5:1-1.5，所述生物炭由木质纤维素材料炭化处理制得。

优选的，所述木质纤维的来源于自然界中含有木质纤维素的植物，如香蒲、芦苇、稻草、秸秆、木材等。

优选的，所述生物炭、导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比为8:1-1.5:1-1.5。

优选的，所述炭化处理是指：在氮气氛围下，450-800℃炭化0.5-5h。

优选的，所述炭化处理是指：在氮气氛围下，800℃炭化2.5h。

优选的，所述木质纤维素材料炭化处理前经清洗、粉碎和过筛，所述过筛是指过60-300 目筛。更为优选的，所述过筛是指过200目筛。

本发明还提供一种采用上述材料制备的生物炭基电容式电极，该电容式电极的电容量较高，该生物炭基电容式电极是负载有上述生物炭基电容式电极材料的集流体。

优选的，所述集流体上负载所述生物炭的量为5-50mg/cm²。

优选的，所述集流体为泡沫镍。

本发明还提供了上述生物炭基电容式电极的制备方法，将所述电容式电极材料和有机溶剂混合均匀得电极浆液，采用所述电极浆液浸润集流体，干燥，制得生物炭基电容式电极材料。

优选的，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、N-甲基吡咯烷酮和二甲基乙酰胺中的一种或多种。

优选的，所述干燥的温度为60-150℃。