[发明专利]电容去离子电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种制备电容去离子电极的方法，包括：将包含活性炭、导电剂、粘结剂和溶剂的原料混合得到电极浆液；将所述电极浆液涂覆于集流体表面，干燥后制备得到所述电容去离子电极；优选所述活性炭与所述溶剂的质量比为0.2以上。本发明的方法分别提供了疏水电极和亲水电极的制备方法，制备工艺简单、制备成本低，能够制备产量高的电容去离子电极。

技术领域

本发明涉及一种制备电容去离子电极的方法，由该方法制备的电容去离子电极，以及利用该电极的水处理方法。

背景技术

近年来，由于人口增长和工业发展，水资源短缺问题变得越来越严重。有限的淡水资源无法满足日益增长的淡水需求。因此，淡化咸水和回收废水在淡水生产中变得越来越重要。包括反渗透和电渗析在内的各种脱盐技术已经开发出来，但在处理地下苦咸水时，这些技术在能量消耗和水垢形成方面所面临的挑战尤为严重。

电容去离子化(CDI)是一种从含盐水源中去除带电物质(离子)的咸水淡化方法。在该技术中，原水通过多孔碳电极之间的间隔通道，在充电阶段，在电极上施加一个低电压电位(通常为1.2至1.4伏)，离子从原水迁移到电极的孔隙结构中，在那里它们被储存在表面带电的电双层内。电极最终达到其积累离子能力的饱和容量后，通过施加反向电流对电极进行再生，使所吸附的离子解吸到间隔通道并作为浓水流出。因此，电极再生不需要使用化学品。

CDI反应器件由许多对电极组成，如前所述，这些电极由隔网隔开，允许水在电极对之间流动。在电极前放置离子交换膜(负极上的阳离子交换膜和正极上的阴离子交换膜)，防止同离子排斥，提高盐的吸附和充电效率。

碳电极是CDI反应器件中的主要成分，这些电极的性质决定了可以被吸附的离子的数量。为了在一个充放电循环中吸附更多的离子，应该使电极的盐吸附容量最大化。

目前已有一些现有技术公开了碳电极及其制备方法，为了提高电极的吸附容量，现有技术往往需要对制备电极的材料例如活性炭进行复杂的处理，或者在制备的基底电极上涂覆其他材料等。然而，所报道的方法均较为复杂，可能无法应用于商业化的应用，且无证据表明其可应用于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的至少一个问题，提供一种制备工艺简单、制备成本低、适合大规模生产的电容去离子电极的制备方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种制备电容去离子电极的方法，包括：

将包含活性炭、导电剂、粘结剂和溶剂的原料混合得到电极浆液；

将所述电极浆液涂覆于集流体表面，干燥后制备得到所述电容去离子电极。

在一些实施方式中，所述活性炭与所述溶剂的质量比为0.2以上。

在一些实施方式中，所述活性炭的比表面积为800-2100m²/g。

在一些实施方式中，所述活性炭的粒径为1-15μm。

在一些实施方式中，所述活性炭的平均孔径为0.5-10nm。

在一些实施方式中，所述活性炭包括木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和石油焦活性炭中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述导电剂与所述活性炭的质量比为(2-10)：(75-96)。

在一些实施方式中，所述导电剂的粒径为9-15nm。

在一些实施方式中，所述导电剂的电阻率为0.05-1.50Ωm。

在一些实施方式中，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述粘结剂与所述活性炭的质量比为(2-10)：(75-96)。