CN114121497B - 一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括步骤：将磷钼酸溶于水中，得到第一溶液；或，将盐酸与钼酸铵溶于水中，得到第一溶液；将液态聚合物单体分散在有机溶剂中，得到第二溶液；将第二溶液加入到第一溶液中，进行反应后得到磷钼酸‑聚合物球前驱体并对其进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸‑聚合物球前驱体；然后将其分散在水中并加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸‑聚合物球前驱体并将其进行煅烧后，得到双碳耦合MoO2电极材料。该电极材料形成独特的碳和石墨烯双碳耦合结构，具有比表面积大、界面作用强、导电性高等优点，在连续脱铵过程中，展现出优异的循环再生能力。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用。
背景技术
铵(NH4 +)是一种必需的肥料和工业化学品。目前，大量的铵是通过Haber-Bosch过程得到的，需要消耗大量的能源，且大部分未反应的铵通过含稀释铵的废水最终排放到水生环境，造成严重的水体污染和富营养化。在我国，每年产生的城市废水中就含有铵25万吨，约占农业中所投入的肥料氮的10％。如果铵可以从废水中回收，这将极大地有利于资源的回收、节能和污染的控制，从而有利于环境的可持续发展。
电化学脱铵技术在低含量或者中等含量的氯化铵溶液中具有高的脱铵效率，因其低成本和环境友好等优点受到了越来越多的关注。传统的电化学脱铵是通过双电层原理进行脱盐的，通过静电吸附的作用将铵根离子与阴离子分别吸附到碳电极两端。但在人们研究过程中发现，当以碳材料为电化学脱铵电极时，受限于可供离子吸附的比表面积和同名离子排斥效应等因素，脱铵容量与循环再生性能远达不到实际应用的需求，因此，亟需开发新型的电极材料来脱除铵根离子。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有以碳材料为电化学脱铵电极时，受限于可供离子吸附的比表面积和同名离子排斥效应等因素，脱铵容量与循环再生性能远达不到实际应用需求的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其中，包括步骤：
将磷钼酸溶于水中，得到第一溶液；或，将盐酸与钼酸铵溶于水中，得到第一溶液；
将液态聚合物单体分散在有机溶剂中，得到第二溶液；
将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体；
对所述磷钼酸-聚合物球前驱体进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体；
将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体；
将所述氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体进行煅烧后，得到所述双碳耦合MoO2电极材料。
可选地，所述将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤中，所述第二溶液中的液态聚合物单体与所述第一溶液中的磷钼酸或钼酸铵的比为(0.4～1)mL:2.5g。
可选地，所述将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
在200～500r·min-1的搅拌条件下，将所述第二溶液以0.5～2mL·min-1的流速加入到所述第一溶液中，进行反应4～24h后，得到所述磷钼酸-聚合物球前驱体。
可选地，所述液态聚合物单体选自吡咯单体、苯胺单体中的一种或两种。
可选地，所述对所述磷钼酸-聚合物球前驱体进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
按磷钼酸-聚合物球前驱体:聚二烯丙基二甲基氯化铵为1:3～1:6的质量范围比，将所述磷钼酸-聚合物球前驱体分散在质量分数为2.5～5％的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中，以200～500r·min-1的转数搅拌2～4h，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体；或，
按磷钼酸-聚合物球前驱体:十六烷基三甲基溴化铵为1:3～1:6的质量范围比，将所述磷钼酸-聚合物球前驱体分散在质量分数为2.5～5％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，以200～500r·min-1的转数搅拌2～4h，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体。
可选地，所述将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，以200～500r·min-1的转数持续搅拌4～8h后，依次进行离心分离、冷冻干燥，得到所述氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体。
可选地，所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体与氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量比为3:1～6:1。
可选地，所述煅烧的温度为400～500℃，所述煅烧的时间为2～5h。
本发明的第二方面，提供一种双碳耦合MoO2电极材料，其中，采用本发明如上所述的制备方法制备得到。
本发明的第三方面，提供一种本发明如上所述的双碳耦合MoO2电极材料在电化学脱铵中的应用。
有益效果：本发明提供了一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用。本发明中，先以磷钼酸(或钼酸铵与盐酸)作为氧化剂与钼源，原位氧化聚合物单体，得到磷钼酸-聚合物球前驱体，然后采用表面改性方法，使得磷钼酸-聚合物球前驱体表面带正电，通过静电作用，将氧化石墨烯原位包覆到磷钼酸-聚合物球前驱体上，最后煅烧炭化得到双碳耦合MoO2电极材料。其中，氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体中的磷钼酸-聚合物球前驱体，经煅烧炭化后可得到MoO2/C，氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体中的氧化石墨烯经煅烧炭化后得到石墨烯并包覆在MoO2/C表面，MoO2/C经石墨烯包覆后，可进一步增强材料的导电性、表面积，促进电子的传输，提高MoO2材料与铵根离子的法拉第反应活性。双碳耦合MoO2电极材料形成独特的碳和石墨烯双碳耦合结构，具有比表面积大、界面作用强、导电性高等优点，在连续脱铵过程中，脱铵容量大，展现出优异的循环再生能力，有望成为一种高效、经济的电化学脱铵电极材料。
附图说明
图1中(a)为本发明实施例2中双碳耦合MoO2电极材料的SEM图；图1中(b)为本发明实施例2中双碳耦合MoO2电极材料的TEM图。
图2为本发明实施例2中双碳耦合MoO2电极材料的XRD图。
图3为本发明实施例2中双碳耦合MoO2电极在不同电压下，500mg·L-1的氯化铵溶液中的吸脱附曲线图。
图4为本发明实施例2中，双碳耦合MoO2电极在0.8V条件下的脱盐循环再生性能图。
具体实施方式
本发明提供一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
层状二氧化钼(MoO2)材料具有较大的层间距可供离子的嵌入和脱出，在离子分离，电池等领域受到了广泛关注。发明人发现，在电化学作用下，阳离子可以通过法拉第反应嵌入到MoO2的层间，比碳材料的双电层作用具有更大的脱铵容量和更优的稳定性，从而在电化学脱铵领域将具有良好的应用前景。但由于MoO2本身电导率存在明显的劣势，因此，本发明将MoO2与高电导率的碳材料耦合，以期获得高电导率，高脱铵性能的复合材料。基于此，本发明实施例提供一种双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其中，包括步骤：
S1、将磷钼酸溶于水中，得到第一溶液；或，将盐酸与钼酸铵溶于水中，得到第一溶液；
S2、将液态聚合物单体分散在有机溶剂中，得到第二溶液；
S3、将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体；
S4、对所述磷钼酸-聚合物球前驱体进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体；
S5、将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体；
S6、将所述氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体进行煅烧后，得到所述双碳耦合MoO2电极材料。
需要说明的是，本实施例中的制备第一溶液和制备第二溶液的步骤不分先后顺序，可先进行第一溶液的制备，再进行第二溶液的制备，也可先进行第二溶液的制备，再进行第一溶液的制备，也可同时制备第一和第二溶液，仅仅为了阐述方便，将制备第一溶液和第二溶液的步骤以S1和S2表示。
本实施例中，先以磷钼酸(或钼酸铵与盐酸)作为氧化剂与钼源，原位氧化聚合物单体，得到磷钼酸-聚合物球前驱体，然后采用表面改性方法，使得磷钼酸-聚合物球前驱体表面带正电，由于氧化石墨烯表面带有大量的带负电的基团，通过静电作用，可将氧化石墨烯原位包覆到磷钼酸-聚合物球前驱体上，最后煅烧炭化得到双碳耦合MoO2电极材料。其中，氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体中的磷钼酸-聚合物球前驱体，经煅烧炭化后可得到MoO2/C，氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体中的氧化石墨烯经煅烧炭化后得到石墨烯并包覆在MoO2/C表面，MoO2/C经石墨烯包覆后得到rGO@MoO2/C，可进一步增强材料的导电性、表面积，促进电子的传输，提高MoO2材料与铵根离子的法拉第反应活性。双碳耦合MoO2电极材料形成独特的碳和石墨烯双碳耦合结构，具有比表面积大、界面作用强、导电性高等优点，在连续脱铵过程中，脱铵容量大，展现出优异的循环再生能力，有望成为一种高效、经济的电化学脱铵电极材料。本实施例提供的制备方法，操作简单，条件温和，可实现大规模双碳耦合MoO2电极材料的制备。
步骤S1中，在一种实施方式中，所述将磷钼酸溶于水中，得到第一溶液；或，将盐酸与钼酸铵溶于水中，得到第一溶液的步骤具体包括：
将磷钼酸溶于水中，以200～500r·min-1的转速进行搅拌，得到第一溶液；或，将钼酸铵与盐酸溶于水中，以200～500r·min-1的转速进行搅拌，得到第一溶液。
步骤S2中，在一种实施方式中，所述液态聚合物单体选自吡咯单体、苯胺单体中的一种或两种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述有机溶剂为乙醇，但不限于此。
步骤S3中，磷钼酸既是钼源，又是氧化剂，聚合物单体自聚合成聚合物球，得到磷钼酸-聚合物球前驱体。当液态聚合物单体选自吡咯单体时，得到磷钼酸-聚吡咯球前驱体；当液态聚合物单体选自苯胺单体时，得到磷钼酸-聚苯胺球前驱体。
在一种实施方式中，所述将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤中，所述第二溶液中的液态聚合物单体与所述第一溶液中的磷钼酸或钼酸铵的比为(0.4～1)mL:2.5g。本实施方式中，所述比例有利于精确控制聚合物转化的碳量。
在一种实施方式中，所述将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
在200～500r·min-1的搅拌条件下，将所述第二溶液以0.5～2mL·min-1的流速加入到所述第一溶液中，进行反应4～24h后，得到所述磷钼酸-聚合物球前驱体。本实施式中，将所述第二溶液以0.5～2mL·min-1的流速加入到所述第一溶液中，更有利于聚合物单体的氧化和聚合，从而得到磷钼酸-聚合物球前驱体。
步骤S4中，在一种实施方式中，所述对所述磷钼酸-聚合物球前驱体进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
按磷钼酸-聚合物球前驱体:聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)为1:3～1:6的质量范围比，将所述磷钼酸-聚合物球前驱体分散在质量分数为2.5～5％的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中，以200～500r·min-1的转数搅拌2～4h，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体；或，
按磷钼酸-聚合物球前驱体:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为1:3-1:6的质量范围比，将所述磷钼酸-聚合物球前驱体分散在质量分数为2.5～5％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，以200～500r·min-1的转数搅拌2～4h，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体。该比例有利于聚二烯丙基二甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵的吸附，使得磷钼酸-聚合物球前驱体表面带正电荷。
本实施方式中，PDDA或CTAB物理吸附到磷钼酸-聚合物球前驱体表面，使得磷钼酸-聚合物球前驱体表面带有正电荷。且质量分数为2.5～5％的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液或十六烷基三甲基溴化铵水溶液的粘度适中，有利于分散和吸附。
步骤S5中，氧化石墨烯表面带有大量的带有负电荷的基团，氧化石墨烯与表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体发生静电作用，包覆在磷钼酸-聚合物球前驱体的外表面。
在一种实施方式中，所述将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，以200～500r·min-1的转数持续搅拌4～8h后，依次进行离心分离、冷冻干燥，得到所述氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体。
在一种实施方式中，所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体与氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量比为3:1～6:1。该比例有利于控制双碳耦合MoO2电极材料中总碳含量，达到最佳性能。
步骤S6中，在一种实施方式中，所述煅烧的温度为400～500℃，所述煅烧的时间为2～5h。
在一种具体的实施方式中，将氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体放置于管式炉中，在氩气的气氛下，以1～5℃·min-1的升温速率升温到400～500℃，保持2～5h，待冷却后，得到所述双碳耦合MoO2电极材料，也即石墨烯包覆的MoO2/C，记作rGO@MoO2/C。
本发明实施例还提供一种双碳耦合MoO2电极材料，其中，采用本发明实施例所述的制备方法制备得到。
双碳耦合MoO2电极材料形成独特的碳和石墨烯双碳耦合结构，具有比表面积大、界面作用强、导电性高等优点，在连续脱铵过程中，脱铵容量大，展现出优异的循环再生能力，有望成为一种高效、经济的电化学脱铵电极材料。
本发明实施例还提供一种本发明实施例所述的双碳耦合MoO2电极材料在电化学脱铵中的应用。
在一种实施方式中，所述应用的步骤包括：
将双碳耦合MoO2电极材料、乙炔黑与PVDF按照质量比为(8～8.5):(1～0.5):1研磨均匀，加入N-甲基吡咯烷酮，混匀后得到浆液；
将所述浆液涂覆在石墨纸上，60-100℃真空干燥8～12h，得到双碳耦合MoO2电极；
将有机玻璃板、双碳耦合MoO2电极、隔膜、密封垫圈、阴离子交换膜、隔膜、活性炭电极和有机玻璃板依次放入，组装成电化学脱铵盐装置，将氯化铵溶液充入，施加电压进行电化学脱铵。
在电化学作用下，铵根离子可以通过法拉第反应嵌入到MoO2的层间，进一步碳和石墨烯双碳耦合结构可提高MoO2的电导率、增大比表面积，使得双碳耦合MoO2电极材料脱铵容量大、循环再生能力强。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
以下实施例中商业化活性炭购于上海合达炭素材料有限公司，型号为HD-2000。
实施例1
将2.5g的磷钼酸加入到在100mL去离子水中，以500r·min-1的转速搅拌20min，得到第一溶液；将0.8mL吡咯单体分散到25mL乙醇中，以400r·min-1的转速搅拌10min，得到第二溶液。将第二溶液按照1mL·min-1的流速加入到第一溶液中，搅拌反应12h，得到磷钼酸-聚吡咯球前驱体。
将320mg磷钼酸-聚吡咯球前驱体分散到100mL质量分散为3％的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，搅拌4h，离心分离，60℃真空干燥后，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚吡咯球前驱体。
将200mg表面带有正电荷的磷钼酸-聚吡咯球前驱体分散到100mL去离子水中，搅拌分散均匀后，加入50mL浓度为1mg·mL-1的氧化石墨烯分散液，搅拌6h后，以8000r·min-1的转数离心分离，冷冻干燥得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚吡咯球前驱体。
将上述得到的氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚吡咯球前驱体放置于管式炉中，在氩气的气氛下，以2℃·min-1的升温速率升至500℃，并保持3h，待冷却后，得到双碳耦合MoO2电极材料。
将双碳耦合MoO2电极材料和商业化活性炭分别与乙炔黑、PVDF按8:1:1的质量比例混合并加入N-甲基吡咯烷酮，制成浆液(固含量为：5％)；将浆液均匀涂覆到石墨纸上，并于60℃下真空干燥12h后，分别得到双碳耦合MoO2电极(作为正极)和商业化活性炭电极(作为负极)，并组装成电化学脱铵装置。
电化学脱铵装置的组装方法如下：将有机玻璃板、双碳耦合MoO2电极(正极)、隔膜、密封垫圈、阴离子交换膜、隔膜、活性炭电极(负极)和有机玻璃板依次放入，组装成电化学脱铵装置；其中有机玻璃板中有进出水口，密封垫圈的厚度为3μm，使得装置中有供水流动的间隙，从而达到循环进水的目的。
脱铵性能测试方法如下：将氯化铵溶液充入电化学脱铵装置，施加一定电压后，以电导率检测仪检测经过脱铵装置后氯化铵溶液的电导率，并将流出的氯化铵溶液循环回原溶液；其中反接电压即可将存储在电极中的离子脱附回氯化铵溶液中，实现电极的再生。
脱铵性能测试结果如下：测试氯化铵初始浓度为500mg·L-1，在不同的电压下测试吸附和再生曲线。经计算，当电压为1.2V时，双碳耦合MoO2电极材料可实现65.4mg·g-1的氯化铵脱除容量，26.7mg·g-1·min-1的脱铵速率。
实施例2
将2.5g的磷钼酸加入到100mL去离子水中，500r·min-1的转速搅拌20min，得到第一溶液。将0.42mL吡咯单体分散到25mL乙醇中，以400r·min-1的转速搅拌10min，得到第二溶液。将第二溶液按照1mL·min-1的流速加入到第一溶液中，搅拌反应12h，得到磷钼酸-聚吡咯球前驱体。
将320mg磷钼酸-聚吡咯球前驱体分散到100mL质量分散为3％的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，搅拌4h，离心分离，60℃真空干燥得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚吡咯球前驱体。
将200mg表面带有正电荷的磷钼酸-聚吡咯球前驱体分散到100mL去离子水中，搅拌分散均匀后，加入50mL浓度1mg·mL-1的氧化石墨烯分散液，搅拌6h后，以8000r·min-1的转数离心分离，冷冻干燥得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚吡咯球前驱体。
将上述得到的氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚吡咯球前驱体放置于管式炉中，在氩气的气氛下，以2℃·min-1的升温速率升至500℃，并保持3h，待冷却后，得到双碳耦合MoO2电极材料，其SEM测试结果图如图1中(a)，其TEM测试结果如图1中(b)所示，可以看到球状的MoO2颗粒被石墨烯包裹，其XRD测试结果如图2所示。
将双碳耦合MoO2电极材料和商业化活性炭分别与乙炔黑、PVDF按8:1:1的质量比例混合并加入N-甲基吡咯烷酮，制成浆液(固含量为：5％)；将浆液均与涂覆到石墨纸上，并于60℃下真空干燥12h后，分别得到了双碳耦合MoO2电极(作为正极)和商业化活性炭电极(作为负极)，并组装成电化学脱铵装置，进行脱铵性能测试，电化学脱铵装置的组装方法和脱铵性能测试方法同实施例1，此处不再赘述。
对比例1
将商业化活性炭与乙炔黑、PVDF按8:1:1的质量比例混合并加入N-甲基吡咯烷酮，制成浆液(固含量为：5％)；将浆液均与涂覆到石墨纸上，并于60℃下真空干燥12h后，得到商业化活性炭电极，并组装成电化学脱铵装置(正极和负极都用商业化活性炭电极)，进行脱铵性能测试，电化学脱铵装置的组装方法和脱铵性能测试方法同实施例1，此处不再赘述。
实施例2和对比例1的测试结果如下：
测试氯化铵初始浓度为500mg·L-1，在不同的电压下测试测试吸附和再生曲线。经计算，实施例2中，当电压为1.2V时，双碳耦合MoO2电极可材料实现88.9mg·g-1的氯化铵脱除容量，40.0mg·g-1·min-1的脱铵速率(如图3所示)，远高于对比例1中以商业化活性炭为正极和负极时商业化活性炭材料的电化学脱铵性能(28.5mg·g-1)，且在0.8V连续的脱铵循环过程中，双碳耦合MoO2电极材料也表现出良好的循环稳定性(如图4所示)。
综上所述，本发明提供了一种双碳耦合MoO2电极材料及其制备方法与应用。本发明中，先以磷钼酸(或钼酸铵与盐酸)为氧化剂与钼源，原位氧化聚合物单体，得到磷钼酸-聚合物球前驱体，然后采用表面改性方法，使得磷钼酸-聚合物球前驱体表面带正电，通过静电作用，将氧化石墨烯原位包覆到磷钼酸-聚合物球前驱体上，最后煅烧炭化得到双碳耦合MoO2电极材料。其中，氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体中的磷钼酸-聚合物球前驱体，经煅烧炭化后可得到MoO2/C，氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体中的氧化石墨烯经煅烧炭化后得到石墨烯并包覆在MoO2/C表面，MoO2/C经石墨烯包覆后，可进一步增强材料的导电性、表面积，促进电子的传输，提高MoO2材料与铵根离子的法拉第反应活性。双碳耦合MoO2电极材料形成独特的碳和石墨烯双碳耦合结构，具有比表面积大、界面作用强、导电性高等优点，在连续脱铵过程中，展现出优异的循环再生能力，在电压为1.2V时，500mg·L-1的氯化铵浓度时，可实现88.9mg·g-1的氯化铵脱除容量，40.0mg·g-1·min-1的脱铵速率，有望成为一种高效、经济的电化学脱铵电极材料。本发明提供的脱铵方法简单、快速、无二次污染，是一种极具应用前景的脱铵根离子方法。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将磷钼酸溶于水中，得到第一溶液；或，将盐酸与钼酸铵溶于水中，得到第一溶液；
将液态聚合物单体分散在有机溶剂中，得到第二溶液；
将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体；
对所述磷钼酸-聚合物球前驱体进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体；
将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体；
将所述氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体进行煅烧后，得到所述双碳耦合MoO2电极材料；
所述对所述磷钼酸-聚合物球前驱体进行表面改性，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
按磷钼酸-聚合物球前驱体:聚二烯丙基二甲基氯化铵为1:3～1:6的质量范围比，将所述磷钼酸-聚合物球前驱体分散在质量分数为2.5～5％的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中，以200～500r·min-1的转数搅拌2～4h，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体；或，
按磷钼酸-聚合物球前驱体:十六烷基三甲基溴化铵为1:3～1:6的质量范围比，将所述磷钼酸-聚合物球前驱体分散在质量分数为2.5～5％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，以200～500r·min-1的转数搅拌2～4h，得到表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体。
2.根据权利要求1所述的双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，所述将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤中，所述第二溶液中的液态聚合物单体与所述第一溶液中的磷钼酸或钼酸铵的比为(0.4～1)mL:2.5g。
3.根据权利要求2所述的双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，所述将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，进行反应后，得到磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
在200～500r·min-1的搅拌条件下，将所述第二溶液以0.5～2mL·min-1的流速加入到所述第一溶液中，进行反应4～24h后，得到所述磷钼酸-聚合物球前驱体。
4.根据权利要求1所述的双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，所述液态聚合物单体选自吡咯单体、苯胺单体中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，所述将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，得到氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体的步骤，具体包括：
将所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体分散在水中，然后加入氧化石墨烯分散液，以200～500r·min-1的转数持续搅拌4～8h后，依次进行离心分离、冷冻干燥，得到所述氧化石墨烯包覆的磷钼酸-聚合物球前驱体。
6.根据权利要求5所述的双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，所述表面带有正电荷的磷钼酸-聚合物球前驱体与氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量比为3:1～6:1。
7.根据权利要求1所述的双碳耦合MoO2电极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为400～500℃，所述煅烧的时间为2～5h。
8.一种双碳耦合MoO2电极材料，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。
9.一种如权利要求8所述的双碳耦合MoO2电极材料在电化学脱铵中的应用。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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