[发明专利]一种用于电容式去离子的石墨烯电极的制备方法

说明书

本发明属于电极材料合成领域，涉及一种用于电容式去离子的石墨烯电极的制备方法，包括：将氧化石墨烯分散于去离子水中，添加聚四氟乙烯分散液，加热搅拌得到半固体状态的浆料，利用电动辊压机多次辊压，得到氧化石墨烯薄膜电极；将薄膜电极裁成等大小方片置于烧杯中，加入L‑抗坏血酸溶液，加热搅拌进行电极的还原反应，反应结束后取出电极用去离子水、乙醇冲洗后浸泡于乙醇中，取出风干即得到石墨烯电极。本发明制备得到的电极材料具有良好的稳定性、电化学性能，优异的电容脱盐性能。本发明制备过程简易，绿色环保，操作方便，为规模化低成本制备薄膜电极提供了技术支持，并在电容式去离子技术的电极制备方面有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电极材料合成领域，特别涉及一种用于电容式去离子的石墨烯电极的制备方法。

背景技术

随着现代工业化进程的快速发展和人口的不断增加，淡水资源危机已逐渐形成一个全球性的问题，对苦咸水和污水资源进行淡化和回收利用就成为解决淡水紧缺的一项重要的战略方向。近几十年随碳材料科学发展出现了一种新型脱盐技术——电容式去离子(capacitive deionization，CDI)技术，它的提出为咸水淡化和重金属离子去除提供了一项新的选择，弥补了传统脱盐技术的缺陷，使能耗低，高效率的脱盐技术有了现实的可能性。

石墨烯因其独特的二维纳米结构，巨大的比表面积(2630m²/g)和超高的电导率(7200S/m)，被认为是具有巨大潜力的新材料，已在太阳能电池、传感器、纳米电子学等领域得到了广泛的研究和应用，也是CDI电极材料的理想替代品。

发明内容

本发明的目的是通过一种简便、高效、低成本的方法，制备出用于电容式去离子的石墨烯电极材料。

本发明所采用的方法是先进行氧化石墨烯电极片的成型制备：氧化石墨烯表面带有大量含氧官能团，易与水分子混合形成稳定的分散液，基团之间由于范德华力相互排斥作用使其保持一定的层间距，通过添加粘结剂制备成浆料再进行辊压成膜；接着将氧化石墨烯电极片置于L-抗坏血酸溶液中进行还原反应，氧化石墨烯表面的含氧官能团被还原，保留原结构的层间距，为钠离子、氯离子的流动提供更多通道，从而使电极具有较好的吸附效果。本发明过程简易，绿色环保，操作方便，为规模化低成本制备薄膜电极提供技术支持，并在电容式去离子技术的电极制备方面有广泛的应用前景。

本发明用于电容式去离子的石墨烯电极的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取氧化石墨烯(GO)于烧杯中，添加去离子水，将其超声分散后置于均质机下高速搅拌，得到氧化石墨烯分散液；

其中，氧化石墨烯(GO)的质量为9.0～11.0g，去离子水体积900～1100ml，超声频率20～40kHz，均质机转速为1000～1400r/min。

(2)称取聚四氟乙烯粉末于烧杯中，添加乙醇，置于均质机下均匀搅拌，得到聚四氟乙烯分散液；

其中，聚四氟乙烯的质量为0.95～1.05g，乙醇体积为40～60ml，均质机转速为1000～1400r/min。

(3)将步骤(1)的氧化石墨烯分散液置于水浴锅进行加热搅拌，搅拌过程中逐滴滴加步骤(2)的聚四氟乙烯分散液，得到氧化石墨烯浆液；

其中，恒温水浴锅温度为50～70℃，搅拌速率为400～500r/min，搅拌时间1～4h。

(4)将步骤(3)的氧化石墨烯浆液倒在培养皿内，置于鼓风干燥箱中进行干燥，得到半固态氧化石墨烯浆料；之后将半固态浆料采用电动辊压机进行辊压，即得到氧化石墨烯电极材料；将得到的氧化石墨烯电极材料裁剪成方片若干片，并进行称重，装入尼龙滤网袋中，置于装有去离子水的烧杯中；