[发明专利]一种芦苇秸秆碳化合成电吸附脱盐电极的简易制备方法

说明书

本发明公开了一种芦苇秸秆碳化合成电吸附脱盐电极及其制备方法，所制备的方法包括首先将芦苇秸秆进行预处理、洗净、烘干、粉碎、筛分，得到芦苇秸秆粉末与KOH按照一定质量比例进行混合，加入适量去离子水后，进行水浴加热并搅拌。然后烘干得到干燥的混合物置于管式加热炉中，在600℃、700℃、800℃下保温1小时，将得到的生物质炭粉末加入适量盐酸溶液，进行中和、清洗后得到最终的生物质炭粉末。将无水乙醇、聚四氟乙烯和最终的生物质炭粉末混合，水浴加热并搅拌，得到的混合物用热压机将膏体压在不锈钢网，将压制好的电极片煮沸并烘干。制得用于电容去离子的生物质炭电极片。(1)本发明所制备电极内阻小、电容量高、吸附性能好，(2)制备方法和制备过程简单、生产成本低，属于废物资源化利用，对环境友好。

技术领域

本发明涉及电容去离子领域，更具体的涉及一种电容去离子吸附电极及其制备方法。

背景技术

地球上具有丰富的水资源，其中淡水资源仅占2.7％，并且大部分淡水为难以利用的冰川水，淡水资源不仅匮乏，还存在严重分布不均等问题，不可用苦咸水和再生生活和工业污水处理的难度加剧，是阻碍社会的快速和持续发展的最重要的问题，传统的海水淡化技术，如膜蒸馏，离子交换树脂，反渗透和电渗析是能源密集和昂贵的，包括通过环境不友好的方式再生，如使用酸或碱溶液；因此，新型水脱盐技术-电容去离子(CDI)，由于其优异的性能而迅速发展，其包括高能效和水回收以及低能耗和污染；电容去离子(CDI)是一种基于电吸附过程去除离子的水脱盐技术；电极材料是影响电容去离子效果的关键因素，生物质材料由于其具有低成本和资源丰富的特点，已经被广泛应用于超级电容器、微生物燃料电池等领域，然而应用于电吸附的生物质材料较少，芦苇是一种常见的水生植物，分布广泛，秋冬干枯后,被大量堆积并堵塞河道；利用其制作吸附剂，可达到净化水体和资源综合利用的双重效果；所以，本发明以芦苇秸秆为吸附剂材料,研究了其对水体中NaCl的吸附作用及影响因素,我们使用芦苇秸秆作为原料和KOH作为活化剂来制备多孔碳材料，故称芦苇秸秆多孔碳材料(RSPC)；所制备的材料呈现相互连接的多级孔结构，这种多级孔结构在电吸附过程中表现出巨大的优势，RSPC的独特通孔结构导致大的比表面积；多级孔结构和壁上层之间的间隙有利于电荷的快速移动；此外，由于它们具有的三维多级孔结构， RSPC可以在与电解质的界面处形成双层以存储大量电荷，从而产生高比电容和优异的倍率性能，这种优异的电化学性能证明了基RSPC作为电容去离子中的电极材料的潜在用途。

发明内容

综上所述，本发明旨在开发一种低成本的芦苇秸秆电吸附脱盐电极及其制备方法，由于其电极材料内阻小、电容量高、吸附性能好的特点，可将其应用于电容去离子领域；

为实现以上目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

a、芦苇秸秆浆料的配制：首先，将芦苇秸秆用去离子水洗净，干燥并粉碎成粉末；将秸秆粉末和KOH按照一定比例，添加到锥形烧瓶，加入适量去离子水,水浴加热并搅拌；

b、芦苇秸秆浆料的活化：然后，将混合物置于烘箱中100℃下烘干5h，秸秆在高纯度氮气保护下进行热处理，然后在氮气气氛下冷却至室温；

c、洗涤到中性：煅烧后的产品置于研钵中研磨；研磨后，将20mL去离子水和适量浓盐酸加入烧杯中，用磁力搅拌器搅拌12h，将搅拌后的混合物离心，直到溶液的pH呈现中性；最后将残渣放入烘箱中，在120℃下烘干12h，得到多孔生物质炭材料；

d、压制电极片：将0.6g RSPC、1.8g无水乙醇和1.8g聚四氟乙烯(10％PTFE)在65℃的水浴中连续混合并搅拌，直至水蒸发形成糊状；然后，迅速将混合物取出，用热压机将膏体压在不锈钢网(4cm×6cm)上；最后，将压制好的电极片在水中煮沸30min使其稳定，然后在 40℃的烘箱中烘干备用，制得芦苇秸秆电吸附脱盐电极片。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用天然芦苇秸秆为原料，实现了生物废料的资源化和有效利用，变废为宝，制备过程对环境友好；