[发明专利]一种自组装技术制备电吸附组件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自组装技术制备电吸附组件的方法

背景技术

电容去离子技术(Capacitive Deionization Technology，CDT)是基于双电层电容器原理进行充电脱盐和放电再生的一种全新的电吸附脱盐方法。当含有盐离子的水溶液从两片相对的施加了电压的电极中间流过时，由于电场的作用，阳离子向阴极电极方向移动，阴离子想阳极电极方向移动，使得水溶液中的盐离子被吸附在吸附材料的孔隙中形成双电层，从而降低了水溶液中的含盐率，实现了水的脱盐和净化，得到相对纯净的水。由于除盐过程中仅需要使用直流电，而将电极短路或者反接就可实现电极的循环再生，不需要使用大量的酸碱对电极进行清洗，因此不会产生二次污染物，具有节能、环保、高效且操作简单特点。

电极的活性炭多孔材料在应用活化法制备的过程，造就了大量的微孔(孔径小于2nm)，这些微孔的贡献了这种材料80％的比表面积。由于微孔孔径大小的限制，被吸附的离子在孔径中以双电层的形式储存时会产生叠加，不利于双电层的形成，从而会对脱盐率产生不利的影响。

当今的研究趋势是对原有的吸附材料进行加工修饰以期提高其吸附效率，或者是研究开发制备新的性能优异的吸附材料。在电极表面覆盖离子交换膜的膜电容去离子技术可选择性透过离子，排斥同种离子，阻止不必要的离子迁移，提高电吸附。发明专利(超电容式脱盐装置及其制造方法，申请号200780045835.7)较为全面的介绍了离子交换膜技术在电吸附的应用。CN01127147、CN01245554等专利使用的电吸附模块中，相对的电极板之间使用电解质隔膜将两电极隔开，放置接触短路。发明专利(一种带涂层电极吸附装置，申请号201310177914.0)公开了一种带涂层电极电吸附装置，涂敷在电极表面的离子交换涂层能阻隔特定电荷离子，降低能耗。

本发明提出一种自组装技术制备电吸附组件，在这种电吸附组件中，电极表面自行组装成聚离子层，行使离子交换膜的作用，同时拦截吸附部分离子。同之前公布的离子交换膜吸附装置相比，本发明具有表面组装层极薄、制备工艺极其简单、花费成本少等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分离效率高、制备过程简单且成本低廉的电吸附组件制备方法。

一种利用自组装技术制备吸附电极的方法，其特征在于：所制备的吸附电极包括(1)电极衬底、(2)吸附材料和(3)组装于吸附材料表面的长链状聚合物离子；；该方法以长链状聚阴阳离子为溶质配制聚电解质溶液，利用吸附材料本身带有的官能团，所述的吸附材料包括多孔的带有正负电荷官能团的材料，在吸附材料表面通过非共价相互作用均匀组装一层聚电解质薄膜，制备成两片带有相异电荷薄膜的吸附电极分别于电源正负极相联。

进一步，其中所述的电极表面组装的聚电解质薄膜的结构与厚度控制通过控制聚合物离子的用量来实现；其中所述的长链状聚合物阳离子分子量控制在50000～15000，；其中所述的长链状聚合物阴离子分子量控制在400,000～600,000，；聚合物离子溶液浓度控制在1～3mg/L；在电极表面组装的聚电解质薄膜的厚度为50～100nm；

更进一步，其中所述的长链状聚合物阳离子为聚苯乙烯磺酸钠，分子量Mw:50000～70000；其中所述的长链状聚合物阴离子为聚二甲基二烯丙基氯化铵，分子量Mw:400,000～500,000。

进一步，其中所述的吸附材料包括活性炭、活性炭纳米管或石墨烯复合材料。

更进一步，其中活性炭带有的官能团指的是羧基、内酯基、酚羟基或羰基负电荷用于吸附组装聚阳离子PDDA；或氨基、酰亚胺基、内酰胺基或类酰胺基正电荷用于吸附组装聚阴离子PSS。

其中所述的电极衬底材料包括泡沫镍、泡沫钛、不锈钢网、碳纸、泡沫镍或石墨纸。

其中所述的带有相异电荷薄膜的吸附电极与电源正负极相联指的是表面组装聚阳离子PDDA的电极片与正极相联；表面组装聚阴离子的PSS的电极片与负极相联。聚阴阳离子层在电吸附过程时行使离子交换膜的作用，可选择性渗透带相反电荷的离子，排斥同种离子，同时拦截吸附部分离子。

自组装技术是本发明的重要组成部分，其原理是通过相反电荷间非共价作用力形成的一种具有特定顺序的分子聚集体。其中非共价键的相互作用力或协同作用是自组装技术的关键。这种力包括氢键、范德华力、静电力、疏水作用力和π-π键等作用力。