一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极及其制备方法与应用，复合电极制备方法包括：将购买的商用石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆混合球磨，球磨干燥后的复合粉末与粘结剂PVDF在研钵中充分研磨混合，随后加入NMP超声混合均匀得到混合溶液，最后用移液枪将混合溶液滴至钛板上干燥后得到基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极。将基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极用于电容吸附去除钙离子，电吸附容量达到了93.8mg/g，三次电容吸脱附后复合电极未发生明显脱落现象。本发明专利技术的基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极具有制备原料易得、成本低廉的特点，其制备流程简单可行，无毒无害，能够有效软化生活用水，具备推广应用的前景。具备推广应用的前景。具备推广应用的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生活用水处理
，具体涉及一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]硬水占全球可用淡水的85％，在处理过程中对缓解全球水资源短缺至关重要。工业和住宅中普遍关注的是工业设备(加热器、锅炉、管道等)和家用电器(淋浴喷头、洗碗机等)中的水垢沉积，因为有两种主要的硬化矿物元素：钙和镁由此导致的设备寿命的缩短和经济惩罚是不可忽视的。从生理上讲，硬水会增加肾结石、胃癌、特应性皮炎(AD)等各种疾病的发病率，并增加毒性症状。降低淡水硬度的常用方法有:煮沸、化学沉淀、离子交换、吸附、纳滤、和电渗析。然而，它们遭受着不可持续的化学使用、复杂的基础设施、高成本的维护或高能耗问题。为了满足日益受到限制的环境法规和对低成本工业化的强烈愿望，探索下一代廉价和环境友好的技术对水的软化非常有利。
[0003]电吸附技术，又称电容去离子技术(CDI)，是一种新型的水处理技术，其原理是在两个电荷相对的碳电极之间施加外部电压，将盐离子电吸附并分选在高孔碳电极的电双层上，它具有分离度高、环保、节能、设计简单、易于电极再生等优点，可用于分离水中无机及有机分子，吸附剂再生和分离浓缩生物分子等，在硬水软化方面，有着良好的应用效果。CDI的性能高度依赖于电极材料的特性。通常，它要求电极应具备高的比表面积，良好的电导率，以及合适的孔尺寸分布。为了获得优良的CDI性能，设计合理的电极材料结构已成为CDI应用的迫切需要。
[0004]目前，在电容吸附去离子方面常用的碳材料主要包括活性炭(AC)、碳气凝胶、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等，这类材料对钙离子的电吸附容量比较低(1～16mg/g)，这类材料的吸附容量太低，难以满足商业化应用对电极材料电吸附容量的要求。近年来，有研究指出过渡金属化合物也具备一定的电容吸附钙离子的能力，有文献报道了将六氰铁酸铜用于电容吸附去除钙离子，但是六氰铁酸铜具有很强的毒性，而且难以大规模快速合成(Xu.,etal.Selective PseudocapacitiveDeionizationofCalciumIonsinCopperHexacyanoferrate.ACSApplied Materials&Interfaces12,41437
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41445(2020))，这限制了它的进一步应用。因此，通过开发无毒无害的过渡金属化合物与碳基材料混合电极材料从而制备出一种生物友好、易于获得、成本低廉、具有较高的硬度离子吸附量且具有一定的循环性能的复合电极并应用于生活用水的软化，具有一定的商业化前景。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的难以大规模合成、极端的生物毒性等弊端，本专利技术的目的是提供一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极及其制备方法与应用，本专利技术涉及一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的电容去离子硬水软化技术。
[0006]本专利技术的首要目的在于提供一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极。
[0008]本专利技术的再一目的在于提供所述基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极在钙离子电容吸附方面的应用。
[0009]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0010]本专利技术提供一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将购买的商用石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆混合球磨，球磨干燥后的复合粉末与粘结剂PVDF在研钵中充分研磨混合，随后加入NMP超声混合均匀得到混合溶液，最后用移液枪将混合溶液滴至钛板上干燥后得到基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极。
[0011]本专利技术提供的一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法，具体包括如下步骤：
[0012](1)将一定质量比的石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆混合于无水乙醇(体积百分比浓度为99.5％)中球磨，完全干燥得到复合粉末材料；
[0013](2)将步骤(1)得到的复合粉末材料与聚偏二氟乙烯(PVDF)按照一定质量比混合后于研钵中充分研磨混合，得到具备一定粘结性的电极混合粉末；
[0014](3)称取200mg步骤(2)所述电极混合粉末于玻璃瓶，加入N
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甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，超声使粉末均匀溶于NMP溶剂中，得到混合溶液，用移液枪移取固定体积的混合溶液均匀滴至钛板过水区域，烘干后得到用于电容吸附钙离子的基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极。
[0015]进一步地，步骤(1)所述石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆的质量比为1:2
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1:3。
[0016]优选地，步骤(1)所述石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆的质量比为1:2。
[0017]进一步地，步骤(1)中，一定质量比的石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆混合于无水乙醇中球磨，球磨的时间为24～48h。
[0018]优选地，步骤(1)中，石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆混合于无水乙醇中球磨的时间为24h。
[0019]进一步地，步骤(1)所述完全干燥的方式为自然晾干或红外烘干。
[0020]优选地，步骤(1)所述完全干燥的方式为自然干燥。
[0021]进一步地，步骤(2)所述复合粉末材料与聚偏二氟乙烯(PVDF)的质量比为2:1～3:1。
[0022]优选地，步骤(2)所述复合粉末材料与聚偏二氟乙烯(PVDF)的质量比为2:1。
[0023]进一步地，步骤(2)所述研钵中充分研磨混合的时间为15min以上。
[0024]优选地，步骤(2)所述研钵中充分研磨混合的时间为30min。
[0025]进一步地，步骤(3)所述超声使粉末均匀溶于NMP溶剂中所需时间为15min以上。
[0026]优选地，步骤(3)所述超声使粉末均匀溶于NMP溶剂中所需时间为30min。
[0027]进一步地，步骤(3)中，用移液枪移取混合溶液的体积与钛板过水区域的面积之比为(225:4)μL/cm2～(800:49)μL/cm2。
[0028]进一步地，步骤(3)中，用移液枪移取混合溶液的体积为800～1000μL。
[0029]优选地，步骤(3)中，用移液枪移取混合溶液的体积为800μL。
[0030]进一步地，步骤(3)中，将混合溶液均匀滴至钛板过水区域，钛板过水区域的面积为4*4cm2～7*7cm2。
[0031]优选地，步骤(3)所述钛板过水区域的面积为7*7cm2。
[0032]本专利技术提供所述制备方法制备得到的基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极。
[0033]本专利技术还提供所述基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极在电容吸附钙离子中的应用。
[0034]进一步地，将所述基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极作为电极板组装成流动测试装置，进行钙离子的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆混合于无水乙醇中球磨，干燥得到复合材料；(2)将步骤(1)得到的复合材料与聚偏二氟乙烯混合后再研磨混合，得到具备粘结性的电极混合粉末；(3)称取步骤(2)所述电极混合粉末，向电极混合粉末中加入N
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甲基吡咯烷酮作为溶剂，超声得到混合溶液，移取混合溶液均匀滴至钛板过水区域，烘干后得到基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极。2.根据权利要求1所述基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石墨化羧基化碳纳米管与磷酸氢锆的质量比为(1:2)～(1:3)。3.根据权利要求1所述基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨的时间为24h～48h。4.根据权利要求1所述基于碳纳米管/磷酸氢锆的复合电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕，姚萍，贾诚浩，宫志恒，钟文烨，杨思娴，
申请(专利权)人：美的集团股份有限公司芜湖美的厨卫电器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：