有机小分子裂解碳及其制备方法与电容去离子单元及系统技术方案

本发明专利技术公开了有机小分子裂解碳及其制备方法与电容去离子单元及系统，制备方法包括：将过渡金属盐与有机小分子混合研磨，得到混合粉末；对所述混合粉末进行烧结，研磨，酸洗处理，得到有机小分子裂解碳。本发明专利技术以有机小分子作为制备碳电极材料的前驱体，通过过渡金属盐与有机小分子的配位作用提高有机小分子的热稳定性，利用过渡金属盐在烧结过程中的路易斯酸水解及碳热还原反应进行双重造孔，能够获得孔径结构丰富的有机小分子裂解碳；通过改变反应过程中的各参数可以调控电极材料的形貌、石墨化程度与孔结构，进而提高由有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的脱盐性能，制备方法简单、快捷，能够大规模应用于实际生产。

【技术实现步骤摘要】
有机小分子裂解碳及其制备方法与电容去离子单元及系统
本专利技术涉及水处理
，具体涉及有机小分子裂解碳及其制备方法与电容去离子单元及系统。
技术介绍
全球淡水资源日益匮乏，高盐废污水的回用以及海水、苦咸水的淡化是解决该问题的重要途径。传统常用的海水淡化(脱盐)技术主要包括多级闪蒸、反渗透与膜蒸馏等，这些方法可大规模淡化盐水，但是其能耗高、设备投资大、膜再生工艺复杂，因此迫切需要开发能耗更低的脱盐技术，降低盐水处理成本。电容去离子(简称CDI)技术是近年来开发的一种新型低成本、高效率、环境友好的脱盐技术。与超级电容储能技术类似，CDI工作原理是基于电极材料表面的电荷吸附：当盐水通过分别带有正负电荷的平行电极时，溶液中的阴阳离子在静电场作用下分别被吸附到带有与其相反电荷的电极表面，从而将溶液中的离子去除，实现水的净化。与传统脱盐技术相比，CDI技术能耗较低、电极再生过程简单、无二次污染，是一种极具应用潜力的新型脱盐技术。CDI技术的核心部件是电极，可控、宏量制备具有高吸附容量的电极材料是该技术推广应用的关键。因此，开发绿色环保、价格低廉、性能优异的CDI电极材料，满足对CDI器件日益发展的需求，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。碳材料由于其高比表面积、良好的导电性和化学稳定性，是一类理想的CDI电极材料。目前已经大规模商业应用的碳基电极材料主要是由沥青等不可再生石油类资源通过高温裂解制备的活性碳，然而这些具有高分子量的原料在碳化-造孔过程中，涉及复杂的分子链断裂与重排，因此很难控制所得碳材料的微观结构。而且，使用合成聚合物为原料制备多孔碳材料的过程复杂，且不易规模化生产。开发简单、廉价、可控的方法宏量制备综合性能优异的多孔碳材料依然面临巨大的挑战。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种有机小分子裂解碳及其制备方法有机小分子裂解碳电极材料，旨在解决现有以合成聚合物为原料制备电极材料的过程复杂，不易规模化生产，且难以控制所得碳材料的微观结构的问题。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种有机小分子裂解碳的制备方法，其中，包括步骤：将过渡金属盐与有机小分子混合研磨，得到混合粉末；对所述混合粉末进行烧结，研磨，酸洗处理，得到有机小分子裂解碳。所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其中，所述过渡金属盐为氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜中的一种或多种；所述有机小分子为1,10-菲罗啉、天冬氨酸、盐酸多巴胺和三聚氰胺中的一种或多种。所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其中，所述有机小分子与所述过渡金属盐的摩尔比为(0.5～16)：1。所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其中，所述对所述混合粉末进行烧结，研磨，酸洗处理，得到有机小分子裂解碳的步骤包括：在惰性气体中对所述混合粉末进行烧结，冷却至室温，研磨后过200～400目分样筛，得到烧结产物；将所述烧结产物在酸溶液中搅拌5～8h后，用去离子水洗涤并干燥，得到有机小分子裂解碳。所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其中，所述烧结条件为：以4～6℃/min的加热速率升温至600～1000℃并保温1～3h。所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其中，所述酸溶液为浓度为1～3mol/L的盐酸溶液。一种有机小分子裂解碳，其中，采用所述的制备方法制备而成。一种电容去离子单元，包括电容去离子电极，其中，所述电容去离子电极包括所述的有机小分子裂解碳。所述的电容去离子单元，其中，所述电容去离子电极还包括导电炭黑和粘结剂；所述有机小分子裂解碳、所述导电炭黑和所述粘结剂的质量比为6～8:2～1:2～1。一种电容去离子系统，其中，包括所述的电容去离子单元。有益效果：本专利技术以有机小分子作为制备碳电极材料的前驱体，通过过渡金属盐与有机小分子的配位作用提高有机小分子的热稳定性，利用过渡金属盐在烧结过程中的路易斯酸水解及碳热还原反应进行双重造孔，能够获得孔径结构丰富的有机小分子裂解碳；通过改变反应过程中的各参数可以调控电极材料的形貌、石墨化程度与孔结构，进而提高由有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的脱盐性能，制备方法简单、快捷，能够大规模应用于实际生产。附图说明图1是本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳的扫描电子显微镜图；图2是本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳的等温吸脱附曲线图；图3是本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳的孔径分布图；图4是本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳的X射线衍射图；图5是由本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的循环伏安曲线图；图6是由本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的恒电流充放电曲线图；图7是本专利技术实施例中提供的一种电容去离子单元的结构示意图；图8是由本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极进行脱盐性能测试时，电导率随时间的变化图；图9是由本专利技术实施例1中制备的三聚氰胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极进行脱盐性能测试时，盐吸附量随时间的变化图；图10是由本专利技术实施例2中制备的1,10菲罗啉有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的循环伏安曲线图；图11是由本专利技术实施例2中制备的1,10菲罗啉有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的恒电流充放电曲线图；图12是由本专利技术实施例2中制备的1,10菲罗啉有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极进行脱盐性能测试时，电导率随时间的变化图；图13是由本专利技术实施例2中制备的1,10菲罗啉有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极进行脱盐性能测试时，盐吸附量随时间的变化图；图14是由本专利技术实施例3中制备的盐酸多巴胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的循环伏安曲线图；图15是由本专利技术实施例3中制备的盐酸多巴胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极的恒电流充放电曲线图。图16是由本专利技术实施例3中制备的盐酸多巴胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极进行脱盐性能测试时，电导率随时间的变化图；图17是由本专利技术实施例3中制备的盐酸多巴胺有机小分子裂解碳组成的电容去离子电极进行脱盐性能测试时，盐吸附量随时间的变化图。具体实施方式本专利技术提供一种有机小分子裂解碳及其制备方法与电容去离子单元及系统，为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。具体地，本专利技术的有机小分子裂解碳的制备方法，包括步骤：S1、将过渡金属盐与有机小分子混合研磨，得到混合粉末。具体实施时，为了解决现有以合成聚合物为原料制备电极材料的过程复杂，不易规模化生产，且难以控制所得碳材料的微观结构的问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机小分子裂解碳的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n将过渡金属盐与有机小分子混合研磨，得到混合粉末；/n对所述混合粉末进行烧结，研磨，酸洗处理，得到有机小分子裂解碳。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机小分子裂解碳的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将过渡金属盐与有机小分子混合研磨，得到混合粉末；
对所述混合粉末进行烧结，研磨，酸洗处理，得到有机小分子裂解碳。


2.根据权利要求1所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐为氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜中的一种或多种；所述有机小分子为1,10-菲罗啉、天冬氨酸、盐酸多巴胺和三聚氰胺中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其特征在于，所述有机小分子与所述过渡金属盐的摩尔比为(0.5～16)：1。


4.根据权利要求1所述的有机小分子裂解碳的制备方法，其特征在于，所述对所述混合粉末进行烧结，研磨，酸洗处理，得到有机小分子裂解碳的步骤包括：
在惰性气体中对所述混合粉末进行烧结，冷却至室温，研磨后过200～400目分样筛，得到烧结产物；
将所述烧结产物在酸溶液中搅拌5～8h后，用去离子水...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓立波，刘高娃，姚蕾，任祥忠，邓海，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44