[发明专利]一种选择性吸附铜离子的电极活性材料、电极片及应用

说明书

本发明公开了一种选择性吸附铜离子的电极活性材料，由氮硫掺杂碳及其负载的二硫化铁组成；本发明还公开了一种电极片，其活性材料为所述选择性吸附铜离子的电极活性材料；本发明还公开了一种电容去离子模组，包括所述的电极片；本发明还公开了一种电容去离子模组的应用。本发明将以铁为中心原子的MOF材料经煅烧、硫化处理得到氮硫掺杂碳负载的二硫化铁FeS₂@NSC材料，该掺杂碳负载的二硫化铁材料对铜离子具有很好的选择吸附性，将该材料作为电容去离子模组中的电极活性材料，提高了电容去离子模组对铜离子的吸附选择性，可应用于对饮用水或工业废水中铜离子的去除。

技术领域

本发明水处理涉及技术领域，尤其涉及一种选择性吸附铜离子的电极活性材料、电极片及应用。

背景技术

重金属是指比重大于5的金属，约有45种，包括汞、镉、铜、铅等。目前，由于重金属的不可降解性和富集性，它被公认为对环境威胁最严重的污染物之一。绝大多数重金属在环境中过量存在时都会危害生态环境和人体健康，已有大量的毒理学和流行病学研究证实其中的五种即铅、铬、镉、汞、砷的生物毒性最为明显。另外铜、锰、锌、镍等虽然是人体必须的微量元素，但过量摄入也会对人体健康造成损害。

当下用于饮用水或工业废水中重金属的去除方法包括化学沉淀、膜过滤、离子交换、碳材料吸附以及电化学过程。但这些方法都有各自的优点和局限性。例如，成本高、操作复杂、副反应多、能耗大等缺点。作为一种脱盐和水净化的新技术，电容去离子(CDI)是一种电吸附工艺，使用低电场将带电离子吸附到两个多孔电极的双电层上，从而实现水溶液中带电离子的去除。电容去离子技术与膜过滤、化学沉淀等工艺相比，具有高能效、操作简单以及低成本等优势。不仅如此，其电极还可以通过开路、短路或反向电压的方式原位再生电极材料，从而实现重金属回收和电极材料的循环再利用，同时可以将污垢和结垢问题降至最低。

在CDI器件中，CDI的性能在很大程度上取决于所选电极材料的性质，因此研发合适的电极活性材料是其发展的关键因素。

发明内容

本发明提出了一种选择性吸附铜离子的电极活性材料，将以铁为中心原子的MOF材料经煅烧、硫化处理得到由氮硫掺杂碳及其负载的二硫化铁组成复合材料FeS₂@NSC，该掺杂碳负载的二硫化铁材料对铜离子具有很好的选择吸附性，将该材料作为电容去离子模组中的电极活性材料，提高了电容去离子模组对铜离子的吸附选择性，可应用于对饮用水或工业废水中铜离子的去除。

本发明提出的一种选择性吸附铜离子的电极活性材料，由氮硫掺杂碳及其负载的二硫化铁组成。

在本发明中，所述电极活性材料用FeS₂@NSC表示，其中，“FeS₂”表示二硫化铁，“@”表示负载，“NSC”表示氮硫掺杂碳。

优选地，所述电极活性材料由以铁为中心原子的MOF材料经煅烧、硫化得到；其中，煅烧产物由氮掺杂碳及其负载的铁组成。

本发明中，煅烧产物用Fe@NC表示，“Fe”表示铁单质，“@”表示负载，“NC”表示氮掺杂碳。

优选地，以铁为中心原子的MOF材料为MIL-88(Fe)、MIL-100(Fe)、MIL-101(Fe)、MIL-127(Fe)、MIL-53(Fe)中的一种或两种以上混合物。

优选地，煅烧温度为600℃，煅烧时间为2h。

优选地，以5℃/min速度升温至600℃。

优选地，硫化剂为硫粉。

优选地，硫化温度为500℃，硫化时间为2h。

本发明中MOF材料通过以铁源和有机配体为原料采用水热法或油浴法制备。

水热法的具体制备过程包括：