CN102417217A - 以类石墨烯树脂复合材料为电极的脱盐方法 - Google Patents

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郝郑平
王卓
李进军
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Abstract

本发明提供一种盐水脱盐的方法，该方法以类石墨烯树脂复合材料为电极，同时利用石墨烯良好的导电性以及加入树脂之后材料高的比电容来进行脱盐。该电极在制备过程中，操作简单，成本低廉。本发明利用外加电压下，两电极带电不同实现正负离子在电极上的富集，在放电过程中实验离子的释放，因此本电极可以多次循环使用。在脱盐过程中，能耗低，一般最高的电压为2V，且不产生二次污染，是一种很有应用前景的脱盐方法。

Description

以类石墨烯树脂复合材料为电极的脱盐方法
技术领域
本发明属于盐水脱盐技术领域，特别是属于以电容去离子(CDI)为模块进行脱盐的技术。
背景技术
水处理的技术多种多样，包括离子交换法、电渗析、反渗透以及蒸馏法等。在众多的方法中，脱盐是一个重要方法，主要是由于它具有能耗低、寿命长、不易造成二次污染等优点。在脱盐过程中，电极的选择对于高效脱盐起着至关重要的作用。在脱盐的过程中，采用电容去离子(CDI)模型，该模型的原理是利用电容器的结构与充放电原理，以静电吸附，进行水质浮化，污染防治或海水淡化。
石墨烯是目前已知最薄的二维材料，单层石墨烯具有理想的二维晶体结构，有六边形晶格组成。石墨烯具有很多优异的电学、光学以及热力学性能，理想的单层石墨烯具有超大的比表面积(2630m2/g)。但是石墨烯本身的比电容并不高，需要通过与其它材料复合来解决这一问题。
本发明利用已报道的类石墨烯树脂复合材料，利用石墨烯良好的导电性，以及复合后高的比电容来作为为电极，进行脱盐。
发明内容
本发明是将石墨烯与树脂复合，并以此类石墨烯树脂复合材料制备电极用于脱盐实验，目的在于提供一种污染小，能耗低的脱盐技术方法。该方法操作简单易行、成本低、脱盐率高。
本发明制备工艺步骤顺序如下：
(1)类石墨烯树脂复合材料的制备，将氧化石墨溶液与树脂混合均匀，经过超声后，热聚合，高温煅烧得到最终产物。
(2)类石墨烯树脂复合材料电极的制备，将上述制备好的石墨烯树脂复合材料研磨均匀后，加入适量乙醇及聚四氟乙烯溶液，然后将此混合液涂覆于石墨片上，经干燥压片得到电极片。
(3)调节电压范围为0.5V-2.0V，控制流速为20mL/min，采用CDI模块进行电脱盐试验，
(4)调节NaCl溶液其实浓度从小到大，控制流速为20mL/min，采用CDI模块进行电脱盐。
附图说明
图1：不同电压下电吸附曲线。
图2：不同浓度下电吸附曲线。
图3：不同金属离子的电吸附曲线。
具体实施方式
实施例1：类石墨烯树脂复合材料的制备
将浓度为2mg/mL的氧化石墨溶液超声振荡1.5h，随后加入间苯二酚，甲醛以及碳酸钠。该溶液经过搅拌，超声之后，于85℃下热聚合3天，随后将产物浸泡在丙酮中3天，以除去材料中的水分子，然后将其在900℃，N2保护下，煅烧3个小时，得到最终产物标记为RGO-RF。
实施例2：电极片的制备
采用CDI装置，装置包括一个CDI单元、一个蠕动泵、一个直流电源和一个电导率仪。称量1.5g的RGO-RF加入适量的聚四氟乙烯乳液以及乙醇研磨，带研磨充均匀制备电极片。
实施例3：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，在通电0.5V的情况下，吸附氯化钠的量为0.344mg/g
配制氯化钠浓度为25mg/L的溶液，它的起始电导率为55μS/cm，溶液体积为200mL。在测试中调节氯化钠溶液流速为20ml·min-1，在25℃，通电的0.5V情况下，该电极可吸附氯化钠的量为0.344mg/g。
实施例4：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，在通电1V的情况下，吸附氯化钠的量为0.457mg/g
取浓度为25mg/L的氯化钠溶液200mL，进行脱盐。在脱盐过程中，外加电压为1.0V，溶液流速20ml·min-1，在室温下，该电极可吸附氯化钠的量为0.457mg/g
实施例5：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，在通电1.5V的情况下，吸附氯化钠的量为0.872mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。在脱盐过程中，氯化钠的浓度为25mg/L调节氯化钠流速为20ml·min-1，对电极施加的电压为1.5V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为0.872mg/g。
实施例6：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，在通电2.0V的情况下，吸附氯化钠的量为1.424mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。在脱盐过程中，氯化钠的浓度为25mg/L调节氯化钠流速为20ml·min-1，对电极施加的电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为1.424mg/g。
实施例7：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为40mg/L，吸附氯化钠的量为2.135mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为40mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为2.135mg/g
实施例8：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为65mg/L，吸附氯化钠的量为3.229mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为65mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为3.229mg/g。
实施例9：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为100mg/L，吸附氯化钠的量为5.5mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为100mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为5.5mg/g
实施例10：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为200mg/L，吸附氯化钠的量为7.984mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为200mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为7.984mg/g
实施例11：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为300mg/L，吸附氯化钠的量为8.776mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为300mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为8.776mg/g
实施例12：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为400mg/L，吸附氯化钠的量为9.84mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为400mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为9.84mg/g
实施例13：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，氯化钠浓度为500mg/L，吸附氯化钠的量为11.352mg/g
采用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制氯化钠浓度为500mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极吸附氯化钠的量为11.352mg/g
实施例14：采用类石墨烯树脂复合材料为电极，分别对FeCl3，CaCl2，NaCl进行脱盐。
用类石墨烯树脂复合材料为电极，CDI装置进行脱盐。配制FeCl3，CaCl2，NaCl浓度为40mg/L，控制溶液流速为20ml·min-1，外加电压为2.0V。在室温条件下，该电极对上述三种溶液的吸附量大小为FeCl3＞CaCl2＞NaCl。

Claims (1)

1.本发明涉及一种脱盐方法，其特征在于以电容去离子模块来进行脱盐的过程中使用了类石墨烯树脂复合材料作为电极。该电极的制备是将石墨烯溶液与树脂前驱体(间苯二酚、甲醛以及碳酸钠)均匀混合后，经过热聚合，高温煅烧，最终得到产物。
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