一种电容去离子选择性吸附电极及其制备方法与流程

1.本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种电容去离子选择性吸附电极及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着超级电容器材料的发展，电容去离子技术以其低能耗、高效率、低运行成本和环境友好等诸多优点，受到越来越多的关注。电容去离子技术使用一对平行放置的多孔碳电极，施加一个直流电压后，溶液中的离子会被吸附到带有相反电压的极板上，储存在多孔碳材料内部的孔隙中。当达到吸附饱和后，撤去或反向电压，离子就会从电极中释放出来，电极恢复最初的离子吸收能力。在特定电压下，电容去离子过程没有化学反应的发生，是纯粹的物理过程，而且不需要使用化学药剂，没有二次污染，有利于设备的长期使用和降低维护花费。
3.因为电容去离子技术是将水中的少数盐离子化合物从混合溶液中去除，而其他方法则是从盐溶液中提取混合物的大部分相(水)，因此电容去离子技术对于盐浓度在10g/l以下的低盐度或中盐度海水能量效率高，已经被尝试用于苦咸水淡化、硬水软化等领域。
4.水中的钙和镁离子影响人体健康、洗涤剂的效率、锅炉和热交换器的加热效率及安全性。工业废水处理高盐废水时一般采用膜法工艺，而钙镁离子的存在容易导致分离膜表面结垢。因此，选择性去除钙镁离子，具有广泛的应用场景。
5.吸附电极的性能是决定电容去离子技术电极性能的关键参数，电极材料的性能决定了电容去离子的能耗，以及吸附离子的种类和价态等。目前电容去离子技术采用的电极材料主要有：活性炭、石墨烯、碳气凝胶等，这些碳材料对不同金属离子的选择性吸附能力较差。
6.ti3c2tx是二维层状金属碳化物，通常被称为mxene，它的结构与石墨烯的片层结构非常相似，具有较大的比表面积和良好的导电性能，且只有几个原子层的厚度。因此，ti3c2tx表现出多方面的优良性能，如电学性能、光学性能、力学性能和热稳定性等，因此在储能领域、吸附领域等都得到了广泛的应用。ti3c2tx已经被用作电极材料，用于电容去离子技术，但将其应用到选择性离子吸附领域，还尚未见到有关报道。
7.目前工业上钙镁离子的去除常采用沉淀法、离子交换法等。这些方法成本较高，且会产生二次污染。开发高效、低能耗、无二次污染的钙镁离子选择性去除技术势在必行。


技术实现要素：

8.本发明为了解决上述技术问题，提供了一种电容去离子选择性吸附电极及其制备方法。
9.本发明是通过以下技术方案得以实现的。
10.一种电容去离子选择性吸附电极的制备方法，包括以下步骤：
11.s1.将壳聚糖和聚乙烯醇按照质量比为1:(0.1～5)的比例加入到1～4％的冰醋酸
溶液中，搅拌溶解；
12.s2.向步骤s1得到的混合液中加入戊二醛溶液，交联处理12
‑
16h；用去离子水清洗去除游离的戊二醛，干燥后得到选择性材料；
13.s3.将ti3c2tx、步骤s2得到的选择性材料、导电炭黑和聚乙烯醇按照质量比为8:1:1:1的比例混合，研磨后刮涂于石墨纸上，干燥后既得选择性吸附电极。
14.进一步的，步骤s1中，所述壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为1:1。
15.进一步的，步骤s2中，戊二醛溶液的浓度为5％。
16.进一步的，步骤s3中，干燥条件40
‑
80℃真空干燥6
‑
10h。
17.一种上述方法制备得到的电容去离子选择性吸附电极。
18.本技术具有以下有益效果。
19.采用本技术方法制备的电极再生性能好，脱盐速率高，对钙镁等高价态离子的选择性高，适用于海水淡化、硬水软化、不同离子分离富集等领域。本技术制备过程简单、条件温和，且制备成本低，易于实现大规模工业化生产。
具体实施方式
20.本技术的ti3c2tx购自江苏先丰纳米材料科技有限公司，货号102475。
21.实施例1
22.一种电容去离子选择性吸附电极的制备方法，包括以下步骤：
23.s1.称取1.0g壳聚糖，加入到100ml 1％的冰醋酸水溶液中，搅拌溶解得到透明溶液；称取0.1g聚乙烯醇，加入到2ml去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液；在剧烈搅拌下，将聚乙烯醇溶液加入到壳聚糖溶液中；
24.s2.在剧烈搅拌下，滴加4ml 5％的戊二醛水溶液，滴加完毕后，摇床震荡反应16h，得到凝胶状材料；用大量去离子水清洗，去除游离的戊二醛，然后在60℃真空干燥得到选择性材料；
25.s3.称取8g ti3c2tx，1g选择性材料，1g导电碳黑，40g质量分数2.5％的聚乙烯醇溶液，加入50ml去离子水，混合均匀后研磨得到浆料，然后刮涂在石墨纸上，40℃下真空干燥10h，得到选择性吸附电极。
26.实施例2
27.一种电容去离子选择性吸附电极的制备方法，包括以下步骤：
28.s1.称取1.0g壳聚糖，加入到25ml 4％的冰醋酸水溶液中，搅拌溶解得到透明溶液；称取5.0g聚乙烯醇，加入到100ml去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液；在剧烈搅拌下，将聚乙烯醇溶液加入到壳聚糖溶液中；
29.s2.在剧烈搅拌下，滴加6ml 5％的戊二醛水溶液，滴加完毕后，摇床震荡反应12h，得到凝胶状材料；用大量去离子水清洗，去除游离的戊二醛，然后在60℃真空干燥得到选择性材料；
30.s3.称取8g ti3c2tx，1g选择性材料，1g导电碳黑，40g质量分数2.5％的聚乙烯醇溶液，加入50ml去离子水，混合均匀后研磨得到浆料，然后刮涂在石墨纸上，80℃下真空干燥6h，得到选择性吸附电极。
31.实施例3
32.一种电容去离子选择性吸附电极的制备方法，包括以下步骤：
33.s1.称取1.0g壳聚糖，加入到50ml 2％的冰醋酸水溶液中，搅拌溶解得到透明溶液；称取1.0g聚乙烯醇，加入到20ml去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液；在剧烈搅拌下，将聚乙烯醇溶液加入到壳聚糖溶液中；
34.s2.在剧烈搅拌下，滴加5ml 5％的戊二醛水溶液，滴加完毕后，摇床震荡反应12h，得到凝胶状材料；用大量去离子水清洗，去除游离的戊二醛，然后在60℃真空干燥得到选择性材料；
35.s3.称取8g ti3c2tx，1g选择性材料，1g导电碳黑，40g质量分数2.5％的聚乙烯醇溶液，加入50ml去离子水，混合均匀后研磨得到浆料，然后刮涂在石墨纸上，60℃下真空干燥8h，得到选择性吸附电极。
36.对比例1
37.一种活性炭吸附电极的制备方法，包括以下步骤：
38.称取8g活性炭，1g导电碳黑，40g质量分数2.5％的聚乙烯醇溶液，加入50ml去离子水，混合均匀后研磨得到浆料，然后刮涂在石墨纸上，60℃下真空干燥8h，得到活性炭吸附电极。
39.脱盐性能检测
40.将制备好的电极组装成器件，实施例3制备的选择性电极加阳离子交换膜接电负极，商用活性炭电极加阴离子交换膜接电源正极，在200mg/l的氯化钙，200mg/l的氯化镁和150mg/l的氯化钠组成的混合溶液中进行充放电测试，电压控制在1.2v，短路放电脱附，吸附时间和脱附时间均为30min，脱盐过程浓度变化通过电导率仪进行实时检测，吸附后的混合溶液，用原子吸收光谱仪测量ca
2
和mg
2
浓度。作为对比，由活性炭电极(对比例1制备得到)组成的器件也在相同条件下做脱盐测试，实验结果见表1。
41.表1电极材料选择性吸附去除离子的性能
[0042][0043]
由表1可知，相对于活性炭电极，选择性吸附电极对钙镁离子有明显的选择吸附性能。
[0044]
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。