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    電容電極材料及其制備方法和應用技術

    技術編號:44272310 閱讀:3 留言:0更新日期:2025-02-14 22:13
    本發明專利技術提供了一種電容電極材料及其制備方法和應用,其中,電容電極材料包括:硝酸鋁、高錳酸鉀以及活性炭。本發明專利技術將硝酸鋁和高錳酸鉀作為改性劑,通過氧化、模板效應和化學活化等多重機制,共同作用于活性炭,顯著增大其比表面積和孔隙率,從而提高其對氟離子的吸附能力。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于流動電容去離子,具體涉及一種電容電極材料及其制備方法和應用


    技術介紹

    1、流動電極電容去離子(flow?capacitive?deionization,fcdi)裝置是一種將流動電極與離子交換膜耦合的新型去離子技術,具有高效的水回收率和良好的連續運行能力。fcdi包括離子交換膜、流動電極系統以及電極,電極主要使用活性炭作為材料,常加入如碳黑等導電劑以提高導電性能。近年來,流動電容去離子(fcdi)技術作為一種新型的電化學水處理技術,逐漸受到人們的關注。然而,fcdi技術的除氟效果受到電極材料性能的限制,因此開發高性能的電極材料用以提高fcdi的除氟效果的成為關鍵。


    技術實現思路

    1、針對現有技術存在的不足,本專利技術提供了一種電容電極材料及其制備方法和應用,將硝酸鋁和高錳酸鉀作為改性劑,通過氧化、模板效應和化學活化等多重機制,共同作用于活性炭,顯著增大其比表面積和孔隙率,從而提高其對氟離子的吸附能力。

    2、為達到上述目的,本專利技術采用以下技術方案:

    3、第一方面,本專利技術提供了一種電容電極材料,包括:硝酸鋁、高錳酸鉀以及活性炭。

    4、優選地,硝酸鋁、高錳酸鉀以及活性炭的質量比為1:1:(8-12)。

    5、優選地,所述活性炭的粒徑為(0.5-1)mm。

    6、優選地,所述活性炭的比表面積大于1000m2/g。

    7、第二方面,本專利技術提供一種所述的電容電極材料的制備方法,包括以下步驟:

    <p>8、s1、將高錳酸鉀、硝酸鋁以及水混合,獲得改性劑溶液;

    9、s2、將所述改性劑溶液與活性炭混合,獲得混合液;

    10、s3、洗滌干燥所述混合液,獲得電容電極材料。

    11、優選地,在步驟s2中,在將活性炭和所述改性劑溶液混合之前,先洗滌所述活性炭,洗滌的過程包括以下步驟:

    12、s21、將活性炭和水混合加熱,用以去除灰分和雜質;

    13、s22、使用去離子水反復洗滌加熱冷卻后的活性炭,至洗滌所述活性炭后的去離子水的電導率為0后,烘干所述活性炭。

    14、具體地,在步驟s21中,加熱一般為煮沸加熱,加熱的時間不小于1h,在步驟s22中,烘干在烘箱內進行,烘干的溫度為110℃烘干12h。

    15、優選地,在步驟s2中,所述改性劑溶液與活性炭混合的過程為:將所述改性劑溶液緩慢加入所述活性炭中,邊加入所述改性劑溶液,邊攪拌所述改性劑溶液和所述活性炭的混合物;和/或,

    16、在步驟s2中,所述改性劑溶液與活性炭混合后,靜置不小于1h,獲得所述混合液。

    17、優選地,在步驟s3中,通過去離子水洗滌至洗滌混合液的去離子水的電導率為0后,通過烘箱干燥,獲得電容電極材料。

    18、具體地,烘箱干燥的條件為110℃烘干12h。

    19、第三方面,本專利技術提供一種流動電極電容去離子裝置,包括所述的電容電極材料,或所述的方法制備出的電容電極材料。

    20、最后一方面,本專利技術提供一種所述的裝置在降低污水中氟含量的應用。

    21、與現有技術相比,本專利技術的有益效果為:

    22、(1)本專利技術添加的高錳酸鉀具有強氧化性,能夠與活性炭表面的碳原子反應,形成氧化物。這種反應可以去除活性炭表面的部分有機雜質和非晶態碳,清理出更多的孔隙,并且在微觀結構上形成新的孔隙,從而增大比表面積。添加的硝酸鋁在高溫下會分解生成氧化鋁。氧化鋁在活性炭表面和孔隙中的分布,類似于一個模板。隨著反應進行,部分氧化鋁會與活性炭形成復合材料,留下許多微孔和中孔,使活性炭的孔隙結構更加發達。同時硝酸鋁和高錳酸鉀共同作用,鋁和錳元素能夠在活性炭表面形成均勻的負載層。這種負載層不僅能增加活性炭的表面積,還能引入額外的孔隙結構。由于這些金屬氧化物具有較強的電負性,可以與活性炭表面的官能團發生相互作用,進一步優化孔結構。本專利技術將硝酸鋁和高錳酸鉀作為改性劑,通過氧化、模板效應等多重機制,共同作用于活性炭,顯著增大其比表面積和孔隙率,從而提高其對氟離子的吸附能力。

    本文檔來自技高網
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    【技術保護點】

    1.一種電容電極材料,其特征在于,包括:

    2.根據權利要求1所述的電容電極材料,其特征在于,硝酸鋁、高錳酸鉀以及活性炭的質量比為1:1:(8-12)。

    3.根據權利要求1所述的電容電極材料,其特征在于,所述活性炭的粒徑為(0.5-1)mm。

    4.根據權利要求1所述的電容電極材料,其特征在于,所述活性炭的比表面積大于1000m2/g。

    5.根據權利要求1-4任一項所述的電容電極材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

    6.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,在步驟S2中,在將活性炭和所述改性劑溶液混合之前,先洗滌所述活性炭,洗滌的過程包括以下步驟:

    7.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,在步驟S2中,所述改性劑溶液與活性炭混合的過程為:將所述改性劑溶液緩慢加入所述活性炭中,邊加入所述改性劑溶液,邊攪拌所述改性劑溶液和所述活性炭的混合物;和/或,

    8.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,在步驟S3中,通過去離子水洗滌至洗滌混合液的去離子水的電導率為0后,通過烘箱干燥,獲得電容電極材料。>

    9.一種流動電極電容去離子裝置,其特征在于,包括權利要求1-4任一項所述的電容電極材料,或權利要求5-8任一項所述的方法制備出的電容電極材料。

    10.根據權利要求9所述的裝置在降低污水中氟含量的應用。

    ...

    【技術特征摘要】

    1.一種電容電極材料,其特征在于,包括:

    2.根據權利要求1所述的電容電極材料,其特征在于,硝酸鋁、高錳酸鉀以及活性炭的質量比為1:1:(8-12)。

    3.根據權利要求1所述的電容電極材料,其特征在于,所述活性炭的粒徑為(0.5-1)mm。

    4.根據權利要求1所述的電容電極材料,其特征在于,所述活性炭的比表面積大于1000m2/g。

    5.根據權利要求1-4任一項所述的電容電極材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

    6.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,在步驟s2中,在將活性炭和所述改性劑溶液混合之前,先洗滌所述活性炭,洗滌的過程包括以...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:孫健夏世斌鄒磊熊永啟劉海燕
    申請(專利權)人:中國市政工程中南設計研究總院有限公司
    類型:發明
    國別省市:

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