[发明专利]一种基于带正电交联壳聚糖的碳阳极及包含该碳阳极的不对称CDI模块

说明书

本发明涉及一种基于带正电交联壳聚糖的碳阳极及包含该碳阳极的不对称CDI模块，属于电容去离子技术领域。一种基于带正电交联壳聚糖的碳阳极，所述阳极由石墨纸和涂覆在其上的浆料经干燥所得，壳聚糖溶液中加入戊二醛溶液，得到交联壳聚糖溶液；将电极材料加入所得的交联壳聚糖溶液搅拌得浆料，将所得浆料涂覆到石墨纸上既得。本发明中用于涂覆碳阳极的带正电交联壳聚糖，只进行简单的交联处理，操作十分简单可行，再者，该电极的制备无需有机溶剂，避免了对环境造成污染，另外，交联得到的带正电壳聚糖在CDI模块中起到了阴离子交换膜的作用，大大降低了膜的制备成本，有助于该粘结剂在电容去离子技术的广泛推广。

技术领域

本发明涉及一种基于带正电交联壳聚糖的碳阳极及包含该碳阳极的不对称CDI模块，属于电容去离子技术领域。

背景技术

电容去离子(Capacitive Deionization，CDI)是一种集低成本和节能于一体的电吸附技术，在过去的十年中受到了广泛的关注。在传统的CDI中，模块的两侧是基于多孔碳电极组装了一个双电层电容器(EDLC)，从而吸附盐水中的阴阳离子。除传统的CDI外，CDI的模块还分为以下几种类型，如膜电容去离子(MCDI)、反式电容去离子(i-CDI)、流动式电容去离子(FCDI)和杂化电容去离子(HCDI)等。总而言之， CDI是一种很有前景的海水淡化技术，可以获得丰富的淡水资源。

在大多数CDI电极中，疏水性的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)通常被用作结合活性材料的粘合剂。但PVDF需要用有机溶剂溶解，如易燃易爆的N,N- 二甲基乙酰胺，这不仅会对人体健康造成危害，而且化学试剂的消耗不可避免地对环境造成破坏。此外，PVDF的粘附性能和循环稳定性较差。因此，有必要寻找一种环保和稳定的粘结剂取代PVDF，并进一步提高模块的CDI性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于带正电交联壳聚糖涂覆于碳阳极的不对称CDI模块，即以交联壳聚糖作为粘结剂涂覆于活性碳组成的电极用作模块的阳极，以聚偏氟乙烯或磺化羧甲基纤维素作为粘结剂涂覆于活性碳组成的电极用作模块的阴极，并组装成模块用于电容去离子脱盐技术；该方法易操作，低污染，低成本；基于带正电交联壳聚糖涂覆于碳阳极的不对称CDI模块具有吸附容量高，循环稳定性高等优点，其中的交联壳聚糖起到了阴离子交换膜的作用，具有良好的应用前景。

一种基于带正电交联壳聚糖的碳阳极，所述阳极由石墨纸和涂覆在其上的浆料经干燥所得，所述电极按下述方法制得：

(a)按质量比为1:100～1:10将壳聚糖粉末溶于稀醋酸溶液，得壳聚糖溶液；向所得壳聚糖溶液中加入戊二醛溶液，搅拌12～24h，得到交联壳聚糖溶液，所述戊二醛溶液与壳聚糖溶液的质量比为1:100～1:10；

(b)将活性碳与乙炔黑以6:1～10:1的质量比混合均匀后，加入适量稀醋酸，搅拌均匀；再加入步骤(a)所得的交联壳聚糖溶液，所述交联壳聚糖与活性碳的质量比为1:10～1:6，搅拌至少12h，将所得浆料涂覆到石墨纸上，涂膜厚度为100～500μm，干燥2～24h，既得。

上述技术方案中，所述活性碳的比表面积大于或等于1000m²/g。

上述技术方案中，所述壳聚糖粉末的脱乙酰度大于或等于95％，粘度为100～200mpa·s。

上述技术方案中，所述稀醋酸溶液的浓度为1～5wt.％。

上述技术方案中，所述戊二醛溶液的浓度为1～10wt.％。

上述技术方案中，所述石墨纸为商业购得，优选尺寸为(5～7)×(6～8)cm²。

上述技术方案中，所述聚偏氟乙烯的分子量大于或等于53400。