CN117174495A - 一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 - Google Patents
一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117174495A CN117174495A CN202311127606.7A CN202311127606A CN117174495A CN 117174495 A CN117174495 A CN 117174495A CN 202311127606 A CN202311127606 A CN 202311127606A CN 117174495 A CN117174495 A CN 117174495A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- rare earth
- electrode material
- preparation
- recovery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 84
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 45
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 14
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims description 7
- -1 rare earth ions Chemical class 0.000 claims abstract description 53
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 12
- GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N sodium metatitanate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Ti](=O)O[Ti](=O)O[Ti]([O-])=O GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 11
- WGYFACNYUJGZQO-UHFFFAOYSA-N aminomethanetriol Chemical compound NC(O)(O)O WGYFACNYUJGZQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 5
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 35
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M monosodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M 0.000 description 1
- 235000013923 monosodium glutamate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004223 monosodium glutamate Substances 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明属于电极材料及稀土回收技术领域，公开了一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用。所述制备方法为：将钛酸钠分散于三羟基氨基甲烷溶液中超声混合均匀，得到混合溶液；然后将盐酸多巴胺分散到混合溶液中搅拌反应，产物经洗涤、干燥，得到前驱体；再将所得前驱体在惰性气氛及600～900℃温度下进行碳化处理，得到TiO2/C电极材料。本发明所得TiO2/C电极材料可用于电容吸附回收稀土离子，其对Eu、Dy、Tb、Lu等稀土离子的选择性回收效率可达到98％以上，在稀土回收领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电极材料及稀土回收技术领域，具体涉及一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用。
背景技术
稀土属于不可再生资源。稀土元素拥有特殊的光、热、声、电、磁性能，可以很大程度上增强产品的功能与结构、提高科技行业技术，被广泛应用于军事工业、石油化工、冶金工业、玻璃陶瓷和农作物产业等领域。稀土元素被誉为当代的“工业味精”，是世界各国竞相争夺和储备的重要战略资源。然而随着稀土元素的开采，稀土资源保有储量及保障年限不断下降，所带来的环境问题也日益突出。稀土废水稀土浓度较低，成分复杂，难以作为原料回用于生产，稀土废水排放不仅造成环境污染而且导致稀土宝贵资源流失。因此，富集提取回收废水中的稀土元素，对稀土行业可持续健康发展和环境保护具有重要的意义。
近年来，人们开发了各种回收水中稀土离子的方法，如吸附法、化学沉淀法、离子交换法和膜分离法。然而，这些方法需要大量的预处理步骤和化学添加剂，同时吸附剂在溶液中非常不稳定，很难有效地选择性回收稀土离子。电容去离子方法是一种环境友好、无污染、低能耗的电化学水处理方法，近年来越来越受到研究者的关注。利用电化学方法回收溶液中的金属离子是一种更加有效的离子回收方式。在传统的电容去离子过程中，通过在两电极之间加上一定的电压建立电场。溶液中的阴阳离子通过电场力作用移动到两个相对应的电极上，最后吸附在电极材料的表面，从而来降低溶液中的离子浓度。当移动到电极材料表面的离子达到饱和时，两个电极反向连接，电极表面的离子重新释放，使得溶液中的离子再次富集，电极再生。电极在电容去离子系统中起着关键作用。最常用的电极是碳基电极，碳基电极主要是通过双电层界面的库仑力来捕获带电离子，而这些碳基电极由于电容吸附能力弱、选择性低，已经达到了瓶颈，开发新的电极材料成为发展需求。如专利CN112981147 A公开了一种基于氮掺杂活性炭电极材料的电容去离子稀土回收装置及方法，使所述稀土溶液在带有所述氮掺杂活性炭电极材料的电容上进行去离子反应，完成对所述稀土离子的吸附。所述氮掺杂活性炭电极材料是将吡咯单体与活性炭进行原位聚合，以及对所述原位聚合生成的聚合产物进行煅烧得到。专利CN 112661142 A公开了一种同步脱除水体中的有机物和重金属离子的纳米TiN/N-rGO三维多孔炭气凝胶电极材料，主要验证了对Cu2+和柴油的电容去除效果，其在1.2V电压下对Cu2+的去除率为73.2％。专利CN111302445 A公开了一种电容去离子除铅的GO/MoS2电极材料，通过石墨烯的加入提高了MoS2与铅离子接触的表面积，提高铅离子的去除效果。专利CN 115465924 A公开了一种用于电容去离子化的PPy/GO/MnO2纳米复合电极材料，可实现对废水中Cd2+、Cu2+和Pb2+金属离子的吸附去除。
赝电容电极的加入能够提供赝电容效应来增加电极的电容去离子能力。但是，一些赝电容电极在溶液中不稳定，导致再生性能差。此外，又由于缺乏对目标离子的亲和作用位点，严重限制了对金属离子的选择性回收性能。因此，如何构筑一个稳定、高选择性、可循环再生的赝电容电极是电容富集提取稀土离子的关键所在。
TiO2是一种稳定的赝电容电极，它的溶解度很低，可以在很宽的pH范围内不受溶解的影响。同时也是研究表面官能团吸附效应的理想吸附剂，大量文献报道TiO2对水溶液中重金属离子的吸附，研究了其吸附容量、吸附机理、吸附工艺参数等。虽然TiO2对各种重金属离子能够展现出好的去除效率，但是对稀土离子缺乏亲和力位点导致去除效率不高。
专利CN 110841686 A公开了一种碳包覆亚氧化钛复合氮化碳复合材料，将Ti4O7分散到Tris中，再加入多巴胺盐酸盐，搅拌反应后离心、洗涤、干燥获得沉淀物；将沉淀物放入管式炉，在气体保护下，于500-800℃反应3-5h，获得C@Ti4O7。其主要用于光催化降解含有染料污水。
目前，还未有公开将TiO2/C电极材料应用于电容吸附回收稀土离子的报道。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种TiO2/C电极材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的TiO2/C电极材料。
本发明的再一目的在于提供上述TiO2/C电极材料在稀土回收中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种TiO2/C电极材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将钛酸钠分散于三羟基氨基甲烷溶液中超声混合均匀，得到混合溶液；
(2)将盐酸多巴胺分散到步骤(1)的混合溶液中搅拌反应，产物经洗涤、干燥，得到前驱体；
(3)将步骤(2)所得前驱体在惰性气氛及600～900℃温度下进行碳化处理，得到TiO2/C电极材料。
进一步地，步骤(1)中所述钛酸钠的加入量为步骤(2)中盐酸多巴胺质量的0.1～4倍。更优选钛酸钠的加入量与盐酸多巴胺加入量的质量比为2:1。
进一步地，步骤(1)中所述三羟基氨基甲烷溶液的质量浓度为0.2～5mg/mL。
进一步地，步骤(2)中所述搅拌反应是指在常温条件下搅拌反应6～24h。
进一步地，步骤(2)中所述洗涤是指用去离子水洗涤，所述干燥是指在100～140℃温度下干燥。
进一步地，步骤(3)中所述惰性气氛是指氮气气氛或氩气气氛。
进一步地，步骤(3)中所述碳化处理的时间为5～500min。
一种TiO2/C电极材料，通过上述方法制备得到。
优选地，所述TiO2/C电极材料由直径为10～50nm的纳米线构成，其中钛、氧、碳的质量比为1～20:1～40:1～90。
上述TiO2/C电极材料在稀土回收中的应用。
进一步地，所述应用方法为：将TiO2/C电极材料作为电容去离子装置的负极，活性炭材料作为正极，然后通过电容吸附回收稀土离子。
优选地，所述电容吸附的电压为0.1～5V。
优选地，所述稀土离子包括Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过钛酸钠与聚多巴胺的复合前驱体经碳化处理得到TiO2赝电容界面材料，具有对稀土离子有亲和力的结合位点，能够显著提高电极材料对稀土离子的选择性吸附效果。所得TiO2/C电极材料在1.2V电压下对Eu、Dy、Tb、Lu等稀土离子的选择性回收效率可达到98％以上。
(2)本发明在稀土回收中的应用方法相比常规吸附法、化学沉淀法、离子交换法和膜分离法，具有能源效率高、环境友好、成本低等优点，且具有更好的循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1制备的TiO2赝电容界面材料TiO2/C的扫描电镜图；
图2为实施例1制备的TiO2赝电容界面材料TiO2/C的透射电镜图；
图3为实施例1制备的TiO2赝电容界面材料TiO2/C的XPS和元素含量分布图；
图4为实施例1制备的TiO2赝电容界面材料TiO2/C与常规活性炭材料(AC)对稀土离子的回收效率对比图。
图5为实施例1制备的TiO2赝电容界面材料TiO2/C在不同循环次数下对稀土离子的回收效率图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种基于TiO2赝电容界面材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)称取2g钛酸钠粉末分散在200mL的1mg/mL三羟基氨基甲烷溶液中，超声10分钟混合均匀，得到混合溶液。
(2)称取1g的盐酸多巴胺分散到上述的混合溶液中，在室温条件下磁力搅拌反应12小时，反应后的产物用去离子水进行洗涤、过滤，在120℃下进行干燥得到前驱体样品。
(3)将得到的前驱体样品放入管式炉中，在Ar惰性氛围下进行加热碳化处理，所述加热碳化处理的温度为750℃，时间为120min，得到本实施例的TiO2赝电容界面材料(TiO2/C)。
本实施例所得TiO2赝电容界面材料的扫描电镜图和透射电镜图分别如图1和图2所示，TiO2赝电容界面材料的元素分布图如图3所示。可见本发明所得TiO2赝电容界面材料由直径为10～50nm的纳米线构成，其中钛、氧与碳的质量比为4:9:83。
本实施例所得TiO2赝电容界面材料TiO2/C在稀土回收中的应用，具体应用方法如下：
将得到的TiO2赝电容界面材料用作电容去离子装置的负极，活性炭用作电容去离子装置的正极，在1.2V电压作用下电容吸附不同浓度(10ppm、30ppm、50ppm)稀土溶液(分别含Eu、Dy、Tb或Lu稀土离子)中的稀土离子。其电容吸附的溶液经ICP-OES测试，计算稀土离子回收率，并以常规活性炭材料(AC)替代本实施例TiO2赝电容界面材料作为比较，测试结果如图4所示。由图4结果可见本实施例所得TiO2赝电容界面电极材料对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为98.94％、98.90％、98.84％、98.91％，溶度为30ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为98.76％、98.46％、98.77％、98.77％，溶度为50ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为98.67％、98.90％、98.03％、98.24％。常规活性炭材料(AC)对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为67.19％、66.96％、69.68％、67.93％，溶度为30ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为66.71％、66.95％、66.68％、64.74％，溶度为50ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为65.86％、65.06％、64.02％、56.84％。
同时将得到的TiO2赝电容界面材料用作电容去离子装置的负极，活性炭用作电容去离子装置的正极，在1.2V电压作用下电容吸附浓度为10ppm不同稀土溶液(分别含Eu、Dy、Tb或Lu稀土离子)中的稀土离子。在不同循环次数下电容吸附的溶液经ICP-OES测试，计算稀土离子回收率，测试结果如图5所示。由图5结果可见本实施例所得TiO2赝电容界面电极材料对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子具有稳定的回收效率。
由以上结果可以看出，通过钛酸钠与聚多巴胺的复合前驱体经碳化处理得到TiO2赝电容界面材料相比常规活性炭材料可显著提高对稀土离子的回收率，并具有良好的循环稳定性。
实施例2
本实施例的一种基于TiO2赝电容界面材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)称取1g钛酸钠粉末分散在200mL的1mg/mL三羟基氨基甲烷溶液中，超声10分钟混合均匀，得到混合溶液。
(2)称取1g的盐酸多巴胺分散到上述的混合溶液中，在室温条件下磁力搅拌反应12小时，反应后的产物用去离子水进行洗涤、过滤，在100℃下进行干燥得到前驱体样品。
(3)将得到的前驱体样品放入管式炉中，在N2惰性氛围下进行加热碳化处理，所述加热碳化处理的温度为650℃，时间为240min，得到本实施例的TiO2赝电容界面材料(TiO2/C)。
本实施例所得TiO2赝电容界面材料TiO2/C在稀土回收中的应用，具体应用方法如下：
将得到的TiO2赝电容界面材料用作电容去离子装置的负极，活性炭用作电容去离子装置的正极，在1.2V电压作用下电容吸附不同浓度(10ppm、30ppm、50ppm)稀土溶液(分别含Eu、Dy、Tb或Lu稀土离子)中的稀土离子。其电容吸附的溶液经ICP-OES测试，计算稀土离子回收率，并以常规活性炭材料(AC)替代本实施例TiO2赝电容界面材料作为比较，本实施例所得TiO2赝电容界面电极材料对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为92.75％、92.74％、93.83％、93.83％，溶度为30ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为91.57％、90.86％、93.47％、93.65％，溶度为50ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为90.47％、90.02％、91.21％、91.53％。常规活性炭材料(AC)对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为67.19％、66.96％、69.68％、67.93％，溶度为30ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为66.71％、66.95％、66.68％、64.74％，溶度为50ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为65.86％、65.06％、64.02％、56.84％。
由以上结果可以看出，本发明所得TiO2赝电容界面材料相比常规活性炭材料可显著提高对稀土离子的回收率。
实施例3
本实施例的一种基于TiO2赝电容界面材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)称取4g钛酸钠粉末分散在200mL的1mg/mL三羟基氨基甲烷溶液中，超声10分钟混合均匀，得到混合溶液。
(2)称取1g的盐酸多巴胺分散到上述的混合溶液中，在室温条件下磁力搅拌反应12小时，反应后的产物用去离子水进行洗涤、过滤，在140℃下进行干燥得到前驱体样品。
(3)将得到的前驱体样品放入管式炉中，在N2惰性氛围下进行加热碳化处理，所述加热碳化处理的温度为850℃，时间为90min，得到本实施例的TiO2赝电容界面材料(TiO2/C)。
本实施例所得TiO2赝电容界面材料TiO2/C在稀土回收中的应用，具体应用方法如下：
将得到的TiO2赝电容界面材料用作电容去离子装置的负极，活性炭用作电容去离子装置的正极，在1.2V电压作用下电容吸附不同浓度(10ppm、30ppm、50ppm)稀土溶液(分别含Eu、Dy、Tb或Lu稀土离子)中的稀土离子。其电容吸附的溶液经ICP-OES测试，计算稀土离子回收率，并以常规活性炭材料(AC)替代本实施例TiO2赝电容界面材料作为比较，本实施例所得TiO2赝电容界面电极材料对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为93.46％、92.92％、93.32％、92.95％，溶度为30ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为92.42％、91.40％、92.63％、90.47％，溶度为50ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为91.12％、91.53％、92.63％、90.11％。常规活性炭材料(AC)对溶度为10ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为67.19％、66.96％、69.68％、67.93％，溶度为30ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为66.71％、66.95％、66.68％、64.74％，溶度为50ppm的Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子的回收效率分别为65.86％、65.06％、64.02％、56.84％。
由以上结果可以看出，本发明所得TiO2赝电容界面材料相比常规活性炭材料可显著提高对稀土离子的回收率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TiO2/C电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)将钛酸钠分散于三羟基氨基甲烷溶液中超声混合均匀，得到混合溶液；
(2)将盐酸多巴胺分散到步骤(1)的混合溶液中搅拌反应，产物经洗涤、干燥，得到前驱体；
(3)将步骤(2)所得前驱体在惰性气氛及600～900℃温度下进行碳化处理，得到TiO2/C电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种TiO2/C电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钛酸钠的加入量为步骤(2)中盐酸多巴胺质量的0.1～4倍。
3.根据权利要求2所述的一种TiO2/C电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钛酸钠的加入量为步骤(2)中盐酸多巴胺质量的2倍。
4.根据权利要求1所述的一种TiO2/C电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述三羟基氨基甲烷溶液的质量浓度为0.2～5mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种TiO2/C电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌反应是指在常温条件下搅拌反应6～24h；所述洗涤是指用去离子水洗涤，所述干燥是指在100～140℃温度下干燥。
6.根据权利要求1所述的一种TiO2/C电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述惰性气氛是指氮气气氛或氩气气氛；所述碳化处理的时间为5～500min。
7.一种TiO2/C电极材料，其特征在于，通过权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的一种TiO2/C电极材料，其特征在于，所述TiO2/C电极材料由直径为10～50nm的纳米线构成，其中钛、氧、碳的质量比为1～20:1～40:1～90。
9.权利要求7或8所述的一种TiO2/C电极材料在稀土回收中的应用，其特征在于，所述应用方法为：将TiO2/C电极材料作为电容去离子装置的负极，活性炭材料作为正极，然后通过电容吸附回收稀土离子。
10.根据权利要求9所述的一种TiO2/C电极材料在稀土回收中的应用，其特征在于，所述电容吸附的电压为0.1～5V；所述稀土离子包括Eu、Dy、Tb、Lu稀土离子中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311127606.7A CN117174495B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311127606.7A CN117174495B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117174495A true CN117174495A (zh) | 2023-12-05 |
| CN117174495B CN117174495B (zh) | 2024-05-17 |
Family
ID=88940602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311127606.7A Active CN117174495B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117174495B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1712460A (zh) * | 2004-06-16 | 2005-12-28 | 日本油漆株式会社 | 阳离子电沉积涂覆组合物 |
| KR20100002429A (ko) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | 충북대학교 산학협력단 | 탄소재와 이산화티탄을 이용한 축전 탈이온화용 복합전극의제조방법 |
| US20160370411A1 (en) * | 2014-02-28 | 2016-12-22 | Azoteq (Pty) Ltd | Charge transfer measurement techniques |
| CN106381521A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-02-08 | 苏州微导材料科技有限公司 | 一种表面包覆掺铝氧化锌的导电二氧化钛晶须制备方法 |
| CN108423776A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-08-21 | 大连理工大学 | 一种电容去离子耦合电催化协同去除重金属和有机物的方法 |
| CN109205743A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-01-15 | 南京工业大学 | 一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法及其应用 |
| KR20190047868A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 오원춘 | 수처리용 전극의 제조방법 |
| CN110697770A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-01-17 | 江苏师范大学 | 一种锐钛矿TiO2十面体的制备方法 |
| CN111987352A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-24 | 湖北工程学院 | 一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质及其制备方法 |
| CN115093012A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-23 | 陕西科技大学 | 一种TiO2-黑曲霉菌炭化碳复合物及其制备方法和应用 |
| CN115472790A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-12-13 | 复旦大学 | 一种二维超薄钛酸钠纳米片/碳复合电极材料及其制备方法与应用 |
-
2023
- 2023-09-04 CN CN202311127606.7A patent/CN117174495B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1712460A (zh) * | 2004-06-16 | 2005-12-28 | 日本油漆株式会社 | 阳离子电沉积涂覆组合物 |
| KR20100002429A (ko) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | 충북대학교 산학협력단 | 탄소재와 이산화티탄을 이용한 축전 탈이온화용 복합전극의제조방법 |
| US20160370411A1 (en) * | 2014-02-28 | 2016-12-22 | Azoteq (Pty) Ltd | Charge transfer measurement techniques |
| CN106381521A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-02-08 | 苏州微导材料科技有限公司 | 一种表面包覆掺铝氧化锌的导电二氧化钛晶须制备方法 |
| KR20190047868A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 오원춘 | 수처리용 전극의 제조방법 |
| CN108423776A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-08-21 | 大连理工大学 | 一种电容去离子耦合电催化协同去除重金属和有机物的方法 |
| CN109205743A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-01-15 | 南京工业大学 | 一种碳纳米管复合氧化钛多孔碳材料的制备方法及其应用 |
| CN110697770A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-01-17 | 江苏师范大学 | 一种锐钛矿TiO2十面体的制备方法 |
| CN111987352A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-24 | 湖北工程学院 | 一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质及其制备方法 |
| CN115093012A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-23 | 陕西科技大学 | 一种TiO2-黑曲霉菌炭化碳复合物及其制备方法和应用 |
| CN115472790A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-12-13 | 复旦大学 | 一种二维超薄钛酸钠纳米片/碳复合电极材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 毛敏霖: "电容去除重金属离子电极材料的制备及其性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊） 工程科技Ⅰ辑》, 15 March 2022 (2022-03-15), pages 140 - 141 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117174495B (zh) | 2024-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109745948B (zh) | 一种除镉吸附剂、及其制备方法和用途 | |
| CN103626175A (zh) | 以煤焦油渣为原料制备活性炭的方法和应用 | |
| CN113184926B (zh) | 利用电镀污泥制备Ni-Cu LDH材料的方法及应用 | |
| CN111250063A (zh) | 一种导电锰-钛锂离子筛/石墨烯复合水凝胶的制备及其在盐湖卤水提取锂中的应用 | |
| CN117174495B (zh) | 一种TiO2/C电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 | |
| CN114262034A (zh) | 一种利用聚乙烯醇/壳聚糖/石墨烯/亚铁氰化镍铜复合物分离盐湖卤水中铷的方法 | |
| Wang et al. | High-efficiency electrochemical removal of Cd (II) from wastewater using birnessite-biochar composites: Performance and mechanism | |
| CN117165790B (zh) | 一种TiO2/P/C电极材料及其制备方法和应用 | |
| Ni et al. | Highly selective capacitive adsorption and rapid desorption of arsenic ions in wastewater achieving by a recyclable urchin-like iron-manganese composite electrode | |
| CN115092994B (zh) | 一种含有电子穿梭体的电容去离子复合电极去除水中磷酸根离子的方法 | |
| CN116803909A (zh) | 一种复合材料与负载该复合材料的电极及制备方法 | |
| CN117165791B (zh) | 一种p/c电极材料及其制备方法和在稀土回收中的应用 | |
| CN110833816A (zh) | 一种磷酸氢二钾改性浒苔生物炭的制备方法及其去除水体中重金属镉的应用 | |
| CN113257586B (zh) | 一种银碳复合电极材料的制备及应用方法 | |
| CN113816473B (zh) | 一种蘑菇棒基导电复合气凝胶结合电增强吸附Re(Ⅶ)的方法 | |
| CN115888640A (zh) | 一种氢取代石墨炔纳米粉体材料及其制备方法和应用 | |
| CN115477374A (zh) | 一种MoO2@NHCS空心结构材料的制备及应用方法 | |
| CN113511710A (zh) | 一种电容吸附铅离子用电极活性材料及其制备方法和应用 | |
| CN110975798B (zh) | 一种FeO(OH)-硅藻土复合吸附剂的制备方法及应用和再生方法 | |
| CN112691654A (zh) | 一种铝盐锂吸附剂的一步再生方法 | |
| CN110787780A (zh) | 一种用于吸附阳离子的复合吸附剂的再生方法 | |
| CN110639438B (zh) | 一种聚苯胺中空微球的制备及回收电子垃圾中的贵金属及其再利用的方法 | |
| CN117065784B (zh) | 一种碳基复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113816442B (zh) | 化学镀镍废液蒸发浓缩液用复合固化剂及制备方法和应用 | |
| CN117427610A (zh) | 镍锰碳三元复合材料及其制备方法、电极和重金属废水的电容去离子处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |