技术摘要：
本发明公开了一种电容去离子电极活性材料的制备方法、电容去离子电极及其应用，该电容去离子电极活性材料的制备方法为以松果为原料通过热解、磷酸改性、活化处理制备得到电容去离子电极活性材料。电容去离子电极是以电容去离子电极活性材料为原料制得。本发明制备方法  全部
背景技术：
随着气候变化、人口增长、工业发展，水污染和有限的可用性淡水，全球范围内获 得负担得起的洁净水压力越来越大，并被公认为最重要的全球难题之一。为了解决淡水短 缺问题增加淡水供应，在过去的几十年里若干海水淡化技术得到了发展和应用。 电容去离子化技术(CDI)是一种使用多孔碳材料作为电极来实现脱盐的电化学技 术。由于其具有低能耗、易操作且无二次污染等优点，引起了广泛关注并被认为是一种有前 途的高效节能、绿色环保的脱盐技术。基于双电层理论，CDI通过静电作用将水中的带电离 子吸附至多孔电极材料上从而实现盐分从溶液中的去除。脱盐量是衡量电容去离子性能的 一个关键指标，即单位质量电极材料吸附盐分的质量。电极材料是电容去离子化装置的关 键组成部分，其性能直接关系着CDI的脱盐性能及其稳定性。高导电性、高比表面积和高电 容性的多孔碳材料是理想的CDI电极材料。目前，各种碳电极材料被用于CDI电极，包括炭气 凝胶、活性炭、中孔炭、碳纳米管、石墨烯等，但这些大多数碳材料存在制作成本高、产量低 及脱盐量低等缺点，制约了电容去离子化的发展。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、制 备成本低、制备产量高的电容去离子电极活性材料的制备方法，还提供了一种脱盐量高的 电容去离子电极和该电容去离子电极作为电容去离子装置的电极材料在水体脱盐或水体 净化中的应用。 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 一种电容去离子电极活性材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将松果进行热解，得到松果生物炭； (2)将步骤(1)中得到的松果生物炭与磷酸溶液混合进行磷酸改性，干燥，得到磷 掺杂松果生物炭； (3)将步骤(2)中得到的磷掺杂松果生物炭进行活化，得到电容去离子电极活性材 料。 上述的电容去离子电极活性材料的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所 述热解在真空、惰性气氛下进行；所述热解过程中的升温速率为5℃·min-1～10℃·min-1； 所述热解的温度为550℃～600℃；所述热解的时间为2h～3h；所述热解完成后将热解产物 自然降温；所述热解之前还包括对松果进行清洗、干燥、粉碎处理。 上述的电容去离子电极活性材料的制备方法，进一步改进的，所述步骤(2)中，所 3 CN 111573792 A 说　明　书 2/7 页 述松果生物炭与磷酸溶液的质量比为1∶2～1∶3；所述磷酸溶液的质量分数为85％；所述干 燥的温度为85℃；所述干燥的时间为12h。 上述的电容去离子电极活性材料的制备方法，进一步改进的，所述步骤(3)中，所 述活化在真空、惰性气氛下进行；所述活化过程中的升温速率为5℃·min-1～10℃·min-1； 所述活化的温度为800℃～900℃；所述活化的时间为2h～2.5h；所述活化完成后将活化产 物自然降温。 上述的电容去离子电极活性材料的制备方法，进一步改进的，所述步骤(3)中，所 述活化之后还包括以下处理：将活化产物浸泡在盐酸溶液中，用去离子水冲洗至中性，过 滤，干燥，得到电容去离子电极活性材料；所述盐酸溶液的浓度为2mol  L-1；所述浸泡的时间 为24h；所述干燥的温度为85℃；所述干燥的时间为12h。 作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种电容去离子电极，所述电容去离子 电极是以上述的制备方法制得的电容去离子电极活性材料、炭黑、粘结剂为原料在1-甲基 2-吡咯烷酮作用下混合均匀后制得。 上述的电容去离子电极，进一步改进的，所述电容去离子电极的制备方法包括以 下步骤：将电容去离子电极活性材料、炭黑、粘结剂混合，研磨均匀，加入1-甲基2-吡咯烷 酮，混合均匀，得到混合物；将混合物涂在基体上，干燥，得到电容去离子电极。 上述的电容去离子电极，进一步改进的，所述电容去离子电极活性材料、炭黑、粘 结剂的质量比为8∶1∶1；所述电容去离子电极活性材料与1-甲基2-吡咯烷酮的质量比为 0.07～0.13；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯；所述基体为集流体石墨片；所述干燥在真空条件 下进行；所述干燥的温度为60℃；所述干燥的时间为12h。 作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述的电容去离子电极在水体脱盐 或水体净化中的应用。 上述的应用，进一步改进的，所述水体脱盐或水体净化过程中控制电容去离子电 极之间的电压为0.9V～1.5V。 与现有技术相比，本发明的优点在于： (1)本发明提供了一种电容去离子电极活性材料的制备方法，以松果为原料通过 热解、磷酸改性制得磷掺杂松果生物炭，再将磷掺杂松果生物炭进行活化制得电容去离子 电极活性材料。本发明中，以松果为原料，其来源丰富，廉价易得，通过对松果进行热解、磷 酸改性、活化，不仅提高了材料比表面积，而且还提高了材料微孔含量，由此制得的电容去 离子电极活性材料具有比表面积高、微孔含量高等优点，是一种多孔碳材料，能够较好的应 用于电容去离子领域；同时该方法制得的电容去离子电极活性材料有利于增强电容去离子 电极的电容性能以及提高其导电性能，从而能有效提高电容去离子电极的脱盐量，对于提 高电容去离子化技术的脱盐或净化效果具有十分重要的意义。本发明电容去离子电极活性 材料的制备方法具有制备工艺简单、制备成本低、制备产量高等优点，能够有效实现电容去 离子电极活性材料应用于电容去离子脱盐的工业化生产，其制得的电容去离子电极活性材 料具有比表面积高、微孔含量高等优点，有着较高的使用价值和较好的应用前景。 (2)本发明提供了一种电容去离子电极，以电容去离子电极活性材料、炭黑、粘结 剂为原料在1-甲基2-吡咯烷酮中混合均匀，其中炭黑用于增强导电性，而且粘结剂能较好 的溶于1-甲基2-吡咯烷酮中，增强电容去离子电极活性材料与炭黑的粘结性，使电容去离 4 CN 111573792 A 说　明　书 3/7 页 子电极在水体中保持稳定而不易脱落。本发明电容去离子电极具有导电性高、电容性高和 稳定性好等优点，且该电容去离子电极具有制备方法简单、操作方便、成本低廉等优点，适 合于大规模制备，有利于工业化生产和应用。 (3)本发明提供了一种电容去离子电极作为电容去离子装置的电极材料在水体脱 盐或水体净化中的应用，通过将电容去离子电极作为电容去离子装置的电极材料用于对目 标溶液进行处理，即可有效除去目标溶液中的目标物质，实现脱盐或净化的目的，具有去除 速度快、去除效果好、环境友好等优点，为电容去离子化脱盐提供了新的途径。 附图说明 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。 图1为本发明实施例1中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极活性材料(PCP) 和对比例1中制得的松果活性炭电容去离子电极活性材料(PC)的SEM图。 图2为本发明实施例1中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极活性材料(PCP) 和对比例1中制得的松果活性炭电容去离子电极活性材料(PC)的孔径-比表面积分布图。 图3为本发明实施例2中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极(PCP-CDI)和对 比例2中制得的松果活性炭电容去离子电极(PC-CDI)的CV曲线图。 图4为本发明实施例2中电容去离子循环系统示意图。 图5为本发明实施例2中溶液浓度-电导率的标定曲线图。 图6为本发明实施例2中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极(PCP-CDI)和对 比例2中制得的松果活性炭电容去离子电极(PC-CDI)用于水体脱盐时在电压为0.9V下的电 导率变化曲线图。 图7为本发明实施例2中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极(PCP-CDI)和对 比例2中制得的松果活性炭电容去离子电极(PC-CDI)用于水体脱盐时在电压为1.2V下的浓 度变化曲线图。 图8为本发明实施例2中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极(PCP-CDI)和对 比例2中制得的松果活性炭电容去离子电极(PC-CDI)用于水体脱盐时在电压为1.5V下的电 导率变化曲线图。 图9为本发明实施例2中制得的磷掺杂松果活性炭电容去离子电极(PCP-CDI)和对 比例2中制得的松果活性炭电容去离子电极(PC-CDI)用于水体脱盐时在不同电压下的盐吸 附量(SAC)柱状图。