[发明专利]一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料及其制备方法与在电容脱盐除氟中的应用

说明书

本发明涉及一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料及其制备方法与在电容脱盐除氟中的应用，制备方法包括将锰源与氮磷双掺杂多孔碳材料于溶剂中混合均匀，再经过干燥与晶化过程后，即得到复合多孔碳材料。与现有技术相比，本发明通过在氮磷双掺多孔碳材料中引入锰氧化物来有效抑制阳极氧化，使所制备的电极材料具有高比表面积、适宜的孔径分布以及稳定的化学性质等优点，并因此表现出较大的氟离子吸附容量，在电容脱盐领域，尤其是水体除氟方面具有较为广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料及其制备方法与在电容脱盐除氟中的应用。

背景技术

氟化合物是非常有用的物质，它被大量用于各种各样的工业领域，包括化学工业、半导体加工工业等等。因此在很多工业废水中氟离子亦广泛存在，若环境中的氟离子浓度超过一定值会对动植物以及人体造成严重危害。水中氟含量大于1.0mg/L时称为高氟水，如果人长期饮用高氟水，会造成中毒、肺水肿、肺出血、慢性鼻炎、咽炎、喉炎、气管炎、植物神经功能紊乱以及氟骨症等危害。高氟水在我国分布极广，除主要集中地东北、华北机西北等地区，还有河北、河南、安徽以及内蒙古。这些地区都有氟中毒病症的分布。因此控制好含氟废水的排放，对于控制各地区的发病率也有重要意义。

近年来，电容脱盐(Capacitive Deionization，CDI)作为一种新型的水处理方法，是一种可靠、节能、经济的低盐或中等盐含量的水淡化技术。对于盐浓度较低的水，CDI的能量效率高是由于盐离子(水中的少数化合物)从混合物中被去除，而不是从盐溶液中提取大部分的水相。此外，电极再生过程中的能量释放(离子释放或电极放电)可被利用，实现能量回收。CDI循环包括两个步骤，第一步是离子电吸附，这一步是净化水的步骤，其中离子被吸附固定在多孔碳电极对中。在之后的步骤中，电极被短接或是反接，使被吸附的离子被释放，即从电极上解吸，使电极再生。

碳材料因具有比表面积大、孔结构可控、化学性质稳定等优势，而被广泛用作电极材料并应用于电容脱盐工艺，但随着含氟污水体量的日益提高，现有电极材料的CDI效能已难以满足人们对水质量的要求，因此开发一种制备方法简单且具有强氟离子吸附能力的多孔碳电容脱盐电极材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料及其制备方法与在电容脱盐除氟中的应用，用于解决现有电容脱盐除氟过程中，CDI效能较低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料，包括氮磷双掺杂多孔碳材料以及复合于氮磷双掺杂多孔碳材料上的锰氧化物。

一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料的制备方法，包括将锰源与氮磷双掺杂多孔碳材料于溶剂中混合均匀，再经过干燥与晶化过程后，即得到所述的多孔碳材料。

进一步地，所述的锰源包括醋酸锰、碳酸锰或硝酸锰中的至少一种，所述的溶剂包括乙醇或水；

所述的锰源与氮磷双掺杂多孔碳材料的质量比为1:(5-20)；

所述的晶化过程在惰性气体氛围中进行，晶化条件包括：升温速率为5-10℃/min，保温温度为300-400℃，保温时间为2-3h。

进一步地，所述的氮磷双掺杂多孔碳材料的制备方法包括以下步骤：

S1，向水中加入植酸与吡咯并超声分散，形成混合溶液；

S2，将混合溶液与过硫酸铵溶液在冰浴环境中混合并静置，之后再依次经过洗涤、干燥、碳化过程后，得到碳化产物；

S3，将碳化产物与氢氧化钾混合研磨，之后再依次经过碳化、洗涤、干燥后，即得到所述的氮磷双掺杂多孔碳材料。