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一種不對稱電容去離子模塊的電極制備及應用.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510915937.6

申請日:

2015.12.12

公開號:

CN105540764A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/469申請日:20151212|||公開
IPC分類號: C02F1/469 主分類號: C02F1/469
申請人: 大連理工大學
發明人: 邱介山; 武婷婷; 王剛
地址: 116024 遼寧省大連市高新園區凌工路2號
優先權:
專利代理機構: 大連星海專利事務所 21208 代理人: 楊翠翠
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510915937.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.08.14|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種不對稱電容去離子模塊的電極制備及應用,屬于電容去離子技術領域。該不對稱電容去離子模塊包含兩個電極:其中一個電極采用硝酸處理后活性炭作為活性物質,另一個電極采用季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭作為活性物質。硝酸處理后活性炭表面帶有大量的羧基等負電官能團,而季銨化的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭表面帶有正電荷。該不對稱電容去離子模塊具有脫鹽量高,吸附過程電流效率高,吸附速率快等優點,具有良好的工業應用前景。

權利要求書

1.一種不對稱電容去離子模塊,其特征在于:所述模塊由左至右依次包括有機玻璃板
(3a)、鈦集流體(3b)、以硝酸處理后活性炭為活性物質的電極(3c)、無紡布(3d)、硅膠墊片
(3e),無紡布(3d)、以季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭為活性物質的電極(3c’)、鈦集
流體(3b)和有機玻璃板(3a)。
2.根據權利要求1所述的一種不對稱電容去離子模塊,其特征在于:
所述以硝酸處理后活性炭為活性物質的電極的制備方法包括以下步驟:
(a)將硝酸與去離子水以1:3-3:1的體積比混合均勻制成硝酸溶液,將1-5g活性炭加
入硝酸溶液中,活性炭與硝酸溶液的比例為1g:5-80mL,50-80°C處理4-6h,得到硝酸處
理后活性炭;所述硝酸的濃度為8-16mol/L;
(b)將硝酸處理后活性炭與導電炭黑以6:1-10:1的質量比混合均勻得到硝酸處理后活
性炭與導電炭黑的混合物,加入N,N-二甲基乙酰胺,攪拌均勻后,加入聚偏氟乙烯的N,N-
二甲基乙酰胺溶液,所述硝酸處理后的活性炭與聚偏氟乙烯的質量比為6:1-10:1;攪拌過
夜后,涂布到石墨紙上,涂膜厚度為100-600μm,涂布后的石墨紙在40-120°C下干燥2-24
h,得到以硝酸處理后活性炭為活性物質的電極。
3.根據權利要求1所述的一種不對稱電容去離子模塊,其特征在于:
所述以季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭為活性物質的電極的制備方法包括以下
步驟:
(a)將1-7g活性炭及1-4mL4-乙烯基吡啶加入100-350mL水,超聲10-120min進行
分散,通氮氣5-60min后,加入20-50mg過硫酸鉀,在60-100°C氮氣保護下反應12-36h
后,抽濾,用去離子水及甲醇洗滌后,得到聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭;
(b)將所述聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭加入20-250mLN,N-二甲基甲酰胺,預熱至
50-80°C,加入0.5-2g的1,4-二溴丁烷,在氮氣保護下反應12-72h后,經抽濾、甲醇洗滌,
得到交聯的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭;
(c)將所述交聯的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭及5-12g溴代十六烷加入20-600mL
甲醇中,在50-80°C下反應12-72h后得到季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭;
(d)將季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭與導電炭黑以6:1-10:1的質量比混合均勻
得到季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭與導電炭黑的混合物,加入N,N-二甲基乙酰胺,
攪拌均勻后,加入聚偏氟乙烯的N,N-二甲基乙酰胺溶液,所述季銨化聚四乙烯基吡啶包覆
的活性炭與聚偏氟乙烯的質量比為6:1-10:1;攪拌過夜后,涂布到石墨紙上,涂膜厚度為
100-600μm,涂布后的石墨紙在40-120°C下干燥2-24h,得到以季銨化聚四乙烯基吡啶包
覆的活性炭為活性物質的電極。
4.根據權利要求2或3所述的一種不對稱電容去離子模塊,其特征在于:所述活性炭的
比表面積大于或等于200m2/g。
5.根據權利要求1所述的一種不對稱電容去離子模塊應用于電容去離子,其特征在于,
包括以下步驟:
(a)將所述電容去離子模塊(3)與直流電壓電路構成閉合回路,直流電壓電路對模塊施
加的電壓范圍為0.4-1.8V;
(b)采用蠕動泵(2)將濃度為100-5000mg/L的NaCl溶液由第一蓄水池(1)送入電容去
離子模塊(3),最后流入第二蓄水池(5),NaCl溶液的流速為5-200mL/min;
(c)首先利用直流電壓電路對電容去離子模塊(3)施加一個0.4-1.8V的電壓,將季銨
化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭作為活性材料的電極用作陽極,硝酸處理后活性炭為活性
物質的電極用作陰極,進行離子的吸附;
(d)采用電導率探針(4)在電容去離子模塊(3)出口處實時檢測NaCl溶液的電導率,以
確定吸附量;吸附時間為5-120min,電極達到吸附飽和后,然后反接電壓進行脫附,脫附時
間為5-120min。
6.根據權利要求1所述的一種不對稱電容去離子模塊應用于反式電容去離子,其特征
在于,包括以下步驟:
(a)將所述電容去離子模塊(3)與直流電壓電路構成閉合回路;
(b)采用蠕動泵(2)將濃度為100-5000mg/L的NaCl溶液由第一蓄水池(1)送入電容去
離子模塊(3),最后流入第二蓄水池(5),NaCl溶液的流速為5-200mL/min;
(c)利用直流電壓電路對電容去離子模塊(3)施加一個0.4-1.8V的電壓,將硝酸處理
后活性炭為活性物質的電極用作陽極,季銨化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭作為活性材料
的電極用作陰極,進行離子的脫附,脫附時間為5-120min;
(d)短接電容去離子模塊(3)的兩個電極,進行吸附過程,吸附過程持續時間為5-120
min;
(e)采用電導率探針(4)在電容去離子模塊(3)出口處檢測NaCl溶液的濃度,以確定吸
附量。

關 鍵 詞:
一種 不對稱 電容 離子 模塊 電極 制備 應用
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