[发明专利]一种除氟炭电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料制备领域，具体地，本发明涉及一种除氟炭电极及制备方法。

背景技术

氟是人体必不可少的微量元素之一。人体摄入适量的氟可以使牙齿坚固，减少龋齿发病率，但是过量的氟也会影响人体的身体健康。长期饮用氟浓度高于1.0mg/L的水，会引起氟斑牙、氟骨病等疾病。中国是世界上饮用水氟污染最严重的国家之一。我国2006年颁布了新的饮用水卫生标准(GB5479-2006)，规定生活饮用水氟的限值为0.01mg/L和1.0mg/L，2007年7月1日正式实施。严格标准的实施，对高氟原水的处理技术提出了更高的要求。含氟饮用水的处理方法包括吸附法、离子交换法、混凝/微滤法、膜处理等技术，其中，吸附技术是目前应用最广泛的处理技术之一，常用的吸附剂有活性氧化铝、骨炭、稀土氧化锆等，但存在吸附剂的再生及再生废液的处理麻烦，吸附容量低，吸附性能衰减较快等缺点。

电吸附是一种环境友好型的除盐技术。它是利用通电使电极表面带电的特点，吸附水中离子及带电粒子，使水中的溶解盐类、带电物质在电极表面富集浓缩，从而净化水质的一种新型水处理技术。目前对电吸附的研究主要集中于电极材料的选择及吸附机理方面。常用的电极材料有活性炭粉末、活性炭纤维等，而且炭纳米管、炭气凝胶等新型电极材料逐渐显现。杨晨(公开号CN102044345A)等活性炭和导电剂粉末混好后，倒入粘结剂溶液中，充分搅拌直到形成均匀的活性炭浆料后涂布在金属基体上，待干燥后，压制形成活性炭电极。陈照平等(CN101847514A)制备的活性炭电极包括铝箔基片、导电层和活性炭材料层。所述导电层包含石墨和乙炔黑，采用了无气喷涂工艺制备；所述活性炭材料层包含活性炭材料、乙炔黑和粘合剂，采用浆料涂覆工艺或膜片轧制工艺制备。铝箔基片、导电层和活性炭材料层叠加后经辊压工艺处理后形成活性炭电极。

目前电吸附除氟材料的研发和实际应用存在如下问题：

(1)现有的成型方法一般在常温条件下制备电极，一方面胶堵塞了电极表面孔隙，使有限比表面积减小，另一方面增加了电极导电和传质的阻力；

(2)现有的成型方法一般采用常规的炭材料如活性炭，乙炔黑等制备电极，这些材料导电性能较弱，还需加入额外的金属基片，导致电极的有效利用面积减小。

(3)现有的成型方法一般利用液态胶粘剂如乳液胶黏剂制备电极，主要制作方法是在常温下，将液体粘结剂和材料混合均匀，老化后成型。液态粘结剂粘结性能较弱，成型后胶黏剂堵塞孔洞，使得成型的电极有效比表面积较小。

(4)一些成型过程使成型后的炭电极包含有害物质，使用时会出现有机物的溶出，影响水质安全。

因此，开发出适合于粉末状碳材料成型方法，使成型之后的电极不仅具有较强的抗压强度、不易变形，电极导电和传质的阻力不因成型而大为增加，使用过程中又无有害物质溶出，是炭电极材料制备的关键一步，对于炭电极的推广应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种除氟炭电极。

本发明的再一目的在于提供一种除氟炭电极的制备方法。

根据本发明的除氟炭电极，所述除氟炭电极包括作为骨架的热熔胶，以及均匀分散在该骨架中的导电炭材料，其中热熔胶和导电炭材料的质量比为65～95∶5～35；

所述热熔胶包括乙烯-醋酸乙烯共聚物型热熔胶和/或乙烯-乙烯醇共聚物型热熔胶。

根据本发明的除氟炭电极，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物型热熔胶和乙烯-乙烯醇共聚物型热熔胶的分子量分别为2000～4000和80000～150000，其中乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的重量含量为20％～30％wt％，乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯的摩尔含量为20％～45％。

根据本发明的除氟炭电极，所述导电炭材料包括活性炭纤维、碳纳米管和炭气凝胶中的一种或多种。

此外，本发明还提供了一种除氟炭电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)将导电炭材料与热熔胶混合，得到混合粉末，其中热熔胶和导电炭材料的质量比为65～90∶10～35；

2)将混合粉末放入成型模具中，在100～180℃的温度和10～30MPa压力下热压成型，然后在400～950℃温度下炭化2～4小时，得到用于除氟的炭电极；

所述热熔胶包括乙烯-醋酸乙烯共聚物型热熔胶和/或乙烯-乙烯醇共聚物型热熔胶。

根据本发明的除氟炭电极的制备方法，所述步骤1)中导电炭材料包括活性炭纤维、碳纳米管和炭气凝胶中的一种或多种。