[发明专利]一种碳包覆Na3

说明书

本发明涉及一种碳包覆Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合材料电极及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。一种碳包覆Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合材料电极的制备方法，将粘结剂，导电剂和碳包覆Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合材料混合均匀后，粘结在集流体上，得Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合电极，所述Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合材料按下述方法制得：将醋酸钠、醋酸锰、磷酸二氢铵和柠檬酸溶于水，再加入钛酸异丙酯，干燥，得到固体中间产物；最后将固体中间产物在惰性的气氛下煅烧，得到Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合材料。本发明将Na₃MnTi(PO₄)₃/C进行碳包覆后，显著增强Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合电极电导率，提高Na₃MnTi(PO₄)₃与钠离子的法拉第反应活性。

技术领域

本发明涉及一种碳包覆Na₃MnTi(PO₄)₃/C复合材料电极及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。

背景技术

随着经济与人口的快速增长，人类对淡水资源的需求也随之增加。然而，在人类工业化进程与城镇化过程中，以及在不恰当的农业活动中等，许多污染物(比如持久性的有机污染物，重金属和染料等)被排放到水体中，造成严重的水体污染，进一步加剧了水资源短缺问题。尽管地球上水资源丰富，但其中有96.5％是以海水及苦咸水的形成存在，而淡水资源只占到地球总水量的2.5％。且在这些淡水资源中，有68.7％分布在两极冰川及高海拔的地区，难以取用，仅有少部分的河流湖泊及地下水供人们使用。为缓解淡水危机，一个行之有效的策略是将海水及苦咸水转化为淡水，因此人们发展了许多脱盐技术，比如反渗透，多级闪蒸，多效蒸馏和电容去离子技术(Capacitive Deionization,CDI)。在这些脱盐技术中，CDI因其低能耗、高的脱盐效率和环境友好等特点，备受研究者关注。

CDI的性能很大程度上取决于电极材料，根据电极材料的不同，CDI的脱盐原理主要分为双电层原理和法拉第原理。基于双电层原理的传统CDI电极主要为碳材料，这是因为碳材料具有大的比表面积，丰富的孔道结构和优异的导电性等优点。但在人们研究过程中发现，当以碳材料为CDI电极时，受限于可供离子吸附的比表面积和同名离子排斥效应等因素，存在脱盐量及循环再生性能无法达到规模化应用的需求。为解决这个问题，2014年，Lee等设计了杂化电容去离子，利用锰钠氧化物(Sodium Manganese Oxide，NMO)电极通过法拉第反应存储钠离子，活性炭存储阴离子，获得了优异的CDI性能。与碳材料相比，基于法拉第反应原理的法拉第电极材料在脱除钠离子等阳离子时，具有大的离子存储容量好良好的循环稳定性等优点。因此，我们迫切需要开发更多具有高吸附容量，优的循环稳定性的法拉第电极材料，并作为杂化电容去离子的负极材料。

近年来，NASICON(钠超离子导体)凭借其较大的理论容量、稳定的三维框架和较大的钠离子通道被广泛应用与钠离子电池方面。在充放电过程中，钠超离子导体可以提供快速的离子扩散通道，和具有较小的体积膨胀，同时，其还具有高的离子电导率，这些特点使得钠超离子导体是可作为杂化CDI电极的。而这这些钠超离子导体中，Na₃MnTi(PO₄)₃因具有高的理论容量，且更加廉价安全环保备受关注，而Na₃MnTi(PO₄)₃作为杂化CDI电极的研究还未见到报道。

发明内容