[发明专利]一种非对称CDI脱盐模块及利用该模块进行脱盐的方法

说明书

本发明涉及一种脱盐非对称CDI模块及利用该模块进行脱盐的方法，属于水处理技术领域。一种脱盐非对称CDI模块，所述模块包括阳极和阴极两个电极，两个电极均由石墨片和涂覆在其上的浆料经干燥所得，所述浆料由电极材料、导电炭黑和粘结剂在溶剂中混合后所得，所述阳极：所述电极材料为硝酸处理的活性炭或商业用活性炭；所述粘结剂为季铵化聚乙烯醇；所述阴极：所述电极材料为离子液体修饰的活性炭或商业用活性炭；所述粘结剂为羧甲基纤维素或磺化羧甲基纤维素。本发明提供的水溶性带电聚合物粘结剂制备的活性炭电极免了昂贵的离子交换膜的使用，却可以达到与膜电容去离子模块相近的脱盐效果，因此展现出良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种脱盐非对称CDI模块及利用该模块进行脱盐的方法，属于水处理技术领域。

背景技术

水是人类生活的重要组成部分，地球上71％的表面积被水所覆盖，其中无法应用于人类生产活动的咸水占97％，对人类有利的淡水只占3％。3％的淡水中，除去冰川、冰盖、深层地下水等现有技术手段难以利用的淡水外，人类真正能够利用的淡水资源极其有限，仅占地球总水量的0.26％。通过脱盐技术将地球上储量丰富的海水和苦咸水转化成淡水资源成为解决这一问题最可靠的手段。

电容去离子技术(Capacitive deionization，CDI)作为新兴的脱盐技术，实现工业化的关键在于CDI模块的循环稳定性，即CDI模块能否长久、高效地工作。一些研究表明，CDI模块在进行循环测试时，外加电压的作用使得CDI模块发生阳极氧化的副反应，导致大量带负电的含氧官能团聚集在阳极，造成阳极不能有效吸附阴离子，从而使其脱盐性能衰减。因此，发展抗氧化性材料或者新的可以避免阳极氧化的操作方式对CDI的发展至关重要。反式电容去离子(Inverted capacitive deionization，i-CDI)操作能够抑制活性炭电极发生的阳极氧化反应，提高了活性炭电极的脱盐量、循环稳定性和电荷效率。i-CDI的吸附过程是在没有外加电压的情况下，通过碳电极表面的带电官能团自发实现的。这一过程一方面减少了吸附过程中的副反应，增强了吸附过程中的电荷效率；另一方面很好的利用了碳电极因阳极氧化而产生的含氧基团，成功避免了阳极氧化所引起的同离子排斥效应的影响，从而使i-CDI在整个脱盐过程中表现出优异的循环稳定性和高的电荷效率。

综上所述，探索优异的碳电极修饰的方法，使得碳电极表面带有更多的相反电荷，从而实现i-CDI优异的循环稳定性和脱盐量的共赢具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水溶性带电聚合物粘结剂的制备方法，即将其用于电极材料的制备并用于反式电容去离子脱盐技术；该方法减少了电极制备过程中有机试剂的使用；增强了电极材料的亲水性及离子选择性，制备原料价格低廉；所述粘结剂制备的非对称CDI模块具有吸附容量高，电极循环稳定性高，吸附过程电荷效率高等优点，具有良好的应用前景。

一种脱盐非对称CDI模块，所述模块包括阳极和阴极两个电极，两个电极均由石墨片和涂覆在其上的浆料经干燥所得，所述浆料由电极材料、导电炭黑和粘结剂按质量比82.5:10:7.5在溶剂中混合后所得，其中，

所述阳极：所述电极材料为硝酸处理的活性炭或商业用活性炭；所述粘结剂为季铵化聚乙烯醇；

所述阴极：所述电极材料为离子液体修饰的活性炭或商业用活性炭；所述粘结剂为羧甲基纤维素或磺化羧甲基纤维素。

上述技术方案中，所述浆料由电极材料、导电炭黑和粘结剂按质量比82.5:10:7.5在溶剂中混合后所得，其中，所述溶剂优选为乙醇，其用量使得电极材料、导电炭黑和粘结剂可形成均匀的浆料即可。