电容去离子电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种制备电容去离子电极的方法，包括：将包含活性炭、导电剂、粘结剂和溶剂的原料混合得到电极浆液；将所述电极浆液涂覆于集流体表面，干燥后制备得到所述电容去离子电极；优选所述活性炭与所述溶剂的质量比为0.2以上。本发明专利技术的方法分别提供了疏水电极和亲水电极的制备方法，制备工艺简单、制备成本低，能够制备产量高的电容去离子电极。能够制备产量高的电容去离子电极。能够制备产量高的电容去离子电极。

【技术实现步骤摘要】
电容去离子电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种制备电容去离子电极的方法，由该方法制备的电容去离子电极，以及利用该电极的水处理方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于人口增长和工业发展，水资源短缺问题变得越来越严重。有限的淡水资源无法满足日益增长的淡水需求。因此，淡化咸水和回收废水在淡水生产中变得越来越重要。包括反渗透和电渗析在内的各种脱盐技术已经开发出来，但在处理地下苦咸水时，这些技术在能量消耗和水垢形成方面所面临的挑战尤为严重。
[0003]电容去离子化(CDI)是一种从含盐水源中去除带电物质(离子)的咸水淡化方法。在该技术中，原水通过多孔碳电极之间的间隔通道，在充电阶段，在电极上施加一个低电压电位(通常为1.2至1.4伏)，离子从原水迁移到电极的孔隙结构中，在那里它们被储存在表面带电的电双层内。电极最终达到其积累离子能力的饱和容量后，通过施加反向电流对电极进行再生，使所吸附的离子解吸到间隔通道并作为浓水流出。因此，电极再生不需要使用化学品。
[0004]CDI反应器件由许多对电极组成，如前所述，这些电极由隔网隔开，允许水在电极对之间流动。在电极前放置离子交换膜(负极上的阳离子交换膜和正极上的阴离子交换膜)，防止同离子排斥，提高盐的吸附和充电效率。
[0005]碳电极是CDI反应器件中的主要成分，这些电极的性质决定了可以被吸附的离子的数量。为了在一个充放电循环中吸附更多的离子，应该使电极的盐吸附容量最大化。
[0006]目前已有一些现有技术公开了碳电极及其制备方法，为了提高电极的吸附容量，现有技术往往需要对制备电极的材料例如活性炭进行复杂的处理，或者在制备的基底电极上涂覆其他材料等。然而，所报道的方法均较为复杂，可能无法应用于商业化的应用，且无证据表明其可应用于大规模生产。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术存在的至少一个问题，提供一种制备工艺简单、制备成本低、适合大规模生产的电容去离子电极的制备方法。
[0008]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种制备电容去离子电极的方法，包括：
[0009]将包含活性炭、导电剂、粘结剂和溶剂的原料混合得到电极浆液；
[0010]将所述电极浆液涂覆于集流体表面，干燥后制备得到所述电容去离子电极。
[0011]在一些实施方式中，所述活性炭与所述溶剂的质量比为0.2以上。
[0012]在一些实施方式中，所述活性炭的比表面积为800
‑
2100m2/g。
[0013]在一些实施方式中，所述活性炭的粒径为1
‑
15μm。
[0014]在一些实施方式中，所述活性炭的平均孔径为0.5
‑
10nm。
[0015]在一些实施方式中，所述活性炭包括木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和石油
焦活性炭中的一种或多种。
[0016]在一些实施方式中，所述导电剂与所述活性炭的质量比为(2
‑
10)：(75
‑
96)。
[0017]在一些实施方式中，所述导电剂的粒径为9
‑
15nm。
[0018]在一些实施方式中，所述导电剂的电阻率为0.05
‑
1.50Ωm。
[0019]在一些实施方式中，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨中的一种或多种。
[0020]在一些实施方式中，所述粘结剂与所述活性炭的质量比为(2
‑
10)：(75
‑
96)。
[0021]在一些实施方式中，所述粘结剂包括疏水粘结剂和亲水粘结剂。
[0022]在一些实施方式中，所述疏水粘结剂的分子量为180000
‑
400000。
[0023]在一些实施方式中，所述疏水粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
[0024]在一些实施方式中，所述亲水粘结剂的分子量为25000
‑
205000。
[0025]在一些实施方式中，所述亲水粘结剂包括聚乙烯醇和壳聚糖中的一种或多种。
[0026]在一些实施方式中，所述原料还包含增稠剂。
[0027]在一些实施方式中，所述增稠剂与所述活性炭的质量比为(1
‑
15)：(75
‑
96)。
[0028]在一些实施方式中，所述增稠剂包括高分子电解质，例如包括聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸和聚(4
‑
苯乙烯磺酸)中的一种或多种。
[0029]在一些实施方式中，所述原料还包含交联剂。
[0030]在一些实施方式中，所述交联剂与所述粘结剂的摩尔比为(0.05
‑
0.4)：1。
[0031]在一些实施方式中，所述交联剂包括戊二酸、戊二醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
[0032]在一些实施方式中，所述溶剂包括有机溶剂和/或无机溶剂，例如包括1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、乙醇、水和醋酸中的一种或多种。
[0033]在一些实施方式中，所述方法包括如下步骤：
[0034]将所述粘结剂溶于所述溶剂中；
[0035]任选地加入增稠剂和/或交联剂；
[0036]加入所述活性炭和所述导电剂，混合得到所述电极浆液；
[0037]将所述电极浆液涂覆在集流体的表面，干燥后制备得到所述电容去离子电极。
[0038]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种电容去离子电极，其通过本专利技术第一方面所述的方法制备得到。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，提供了一种电容去离子电极，其包括集流体和包覆在所述集流体表面的活性层，所述活性层包括活性炭、导电剂和粘结剂。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，提供了一种电容去离子电极，其包括集流体和包覆在所述集流体表面的活性层，所述活性层包括活性炭、导电剂、粘结剂和增稠剂。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，提供了一种电容去离子电极，其包括集流体和包覆在所述集流体表面的活性层，所述活性层包括活性炭、导电剂、和交联的粘结剂。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，提供了一种电容去离子电极，其包括集流体和包覆在所述集流体表面的活性层，所述活性层包括活性炭、导电剂、交联的粘结剂和增稠剂。
[0043]根据本专利技术的第三个方面，提供了一种电容去离子反应器，其包括本专利技术第二个
方面所述的电容去离子电极。
[0044]根据本专利技术的第四个方面，提供了一种水处理方法，其包括使用本专利技术第二个方面所述的电容去离子电极或本专利技术第三个方面所述的电容去离子反应器处理水。
[0045]在一些实施方式中，所述水处理包括海水淡化、废水净化、高纯水制备、工农业用水除盐或生活用水除盐。
附图说明
[0046]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备电容去离子电极的方法，包括：将包含活性炭、导电剂、粘结剂和溶剂的原料混合得到电极浆液；将所述电极浆液涂覆于集流体表面，干燥后制备得到所述电容去离子电极；优选所述活性炭与所述溶剂的质量比为0.2以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性炭的比表面积为800
‑
2100m2/g；和/或，所述活性炭的粒径为1
‑
15μm；和/或，所述活性炭的平均孔径为0.5
‑
10nm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述活性炭包括木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和石油焦活性炭中的一种或多种。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其特征在于，所述导电剂与所述活性炭的质量比为(2
‑
10)：(75
‑
96)；和/或，所述导电剂的粒径为8
‑
15nm；和/或，所述导电剂的电阻率为0.05
‑
1.50Ωm。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨中的一种或多种。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘结剂与所述活性炭的质量比为(2
‑
10)：(75
‑
96)；和/或，所述粘结剂包括疏水粘结剂和亲水粘结剂。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述疏水粘结剂的分子量为180000
‑
400000；和/或，所述疏水粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述亲水粘结剂的分子量为25000
‑
205000；和/或，所述亲水粘结剂包括聚乙烯醇和壳聚糖中的一种或多种。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的方法，其特征在于，所述原料还包含增稠剂；和/或，所述增稠剂与所述活性炭的质量比为(1
‑
15)：(75
‑
96)。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志钊，刘帅，连伯悦，T，
申请(专利权)人：新南创新有限公司，
类型：发明
国别省市：