[发明专利]一种不对称电容去离子模块的电极制备及应用

摘要

一种不对称电容去离子模块的电极制备及应用，属于电容去离子技术领域。该不对称电容去离子模块包含两个电极：其中一个电极采用硝酸处理后活性炭作为活性物质，另一个电极采用季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭作为活性物质。硝酸处理后活性炭表面带有大量的羧基等负电官能团，而季铵化的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭表面带有正电荷。该不对称电容去离子模块具有脱盐量高，吸附过程电流效率高，吸附速率快等优点，具有良好的工业应用前景。

主权项

1.一种不对称电容去离子模块，其特征在于：所述模块由左至右依次包括有机玻璃板（3a）、钛集流体（3b）、以硝酸处理后活性炭为活性物质的电极（3c）、无纺布（3d）、硅胶垫片（3e），无纺布（3d）、以季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭为活性物质的电极（3c’）、钛集流体（3b）和有机玻璃板（3a）；所述以硝酸处理后活性炭为活性物质的电极的制备方法包括以下步骤：（a）将硝酸与去离子水以1:3‑3:1的体积比混合均匀制成硝酸溶液，将1‑5 g活性炭加入硝酸溶液中，活性炭与硝酸溶液的比例为1g：5‑80 mL，50‑80 °C 处理4‑6 h，得到硝酸处理后活性炭；所述硝酸的浓度为8‑16 mol/L；（b）将硝酸处理后活性炭与导电炭黑以6:1‑10:1的质量比混合均匀得到硝酸处理后活性炭与导电炭黑的混合物，加入N, N‑二甲基乙酰胺，搅拌均匀后，加入聚偏氟乙烯的N, N‑二甲基乙酰胺溶液，所述硝酸处理后的活性炭与聚偏氟乙烯的质量比为6:1‑10:1；搅拌过夜后，涂布到石墨纸上，涂膜厚度为100‑600 μm，涂布后的石墨纸在40‑120 °C下干燥2‑24 h，得到以硝酸处理后活性炭为活性物质的电极；所述以季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭为活性物质的电极的制备方法包括以下步骤：（a）将1‑7 g活性炭及1‑4 mL 4‑乙烯基吡啶加入100‑350 mL水，超声10‑120 min进行分散，通氮气5‑60 min后，加入20‑50 mg过硫酸钾，在60‑100 °C氮气保护下反应12‑36 h后，抽滤，用去离子水及甲醇洗涤后，得到聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭；（b）将所述聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭加入20‑250 mL N, N‑二甲基甲酰胺，预热至50‑80 °C，加入0.5‑2 g的1,4‑二溴丁烷，在氮气保护下反应12‑72 h后，经抽滤、甲醇洗涤，得到交联的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭；（c）将所述交联的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭及5‑12 g溴代十六烷加入 20‑600 mL甲醇中，在50‑80 °C下反应12‑72 h后得到季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭；（d）将季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭与导电炭黑以6:1‑10:1的质量比混合均匀得到季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭与导电炭黑的混合物，加入N, N‑二甲基乙酰胺，搅拌均匀后，加入聚偏氟乙烯的N, N‑二甲基乙酰胺溶液，所述季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭与聚偏氟乙烯的质量比为6:1‑10:1；搅拌过夜后，涂布到石墨纸上，涂膜厚度为100‑600 μm，涂布后的石墨纸在40‑120 °C下干燥2‑24 h，得到以季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭为活性物质的电极。