[发明专利]一种海水除盐用石墨烯多孔电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料及其制备方法，具体地说是一种海水除盐用石墨烯多孔电极材料及其制备方法。

背景技术

随着水污染日益严重，加上工业废水的处理利用困难，淡水资源变得形式严峻。海洋虽然拥有丰富的水资源，但盐度高，一般不能直接工业或生活应用。因此，目前迫切需要海水脱盐淡化新技术。

目前海水除盐技术包括蒸馏法和电容去离子法。蒸馏法虽然能够大规模进行海水脱盐，但由于在海水脱盐过程中会消耗大量能量，一般海水淡化的成本较高。电容去离子法采用低压直流电容技术对海水中的带电离子进行双电层吸附达到除盐净化的目的。该方法能耗低、除盐迅速、安全可靠是目前大力发展的海水除盐技术。但电容去离子法采用的电极材料一般耐腐蚀性较差、受比表面积的限制，除盐容量一般都不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种组成合理，具有高的离子容量和良好的导电性和耐腐蚀性，制备工艺简便的海水除盐用石墨烯多孔电极材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种海水除盐用石墨烯多孔电极材料，其特征在于：其以石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布为原料，经预氧化热处理和高温碳化得到纳米碳纤维与石墨烯均匀、连续分布的多孔电极材料，其比表面积120~437m²/g，孔径2-100nm。

本发明上述海水除盐用石墨烯多孔电极材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)制备石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布以聚丙烯腈（PAN）粉末、石墨烯、无水氯化锂(LiCl)、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为原料，配制均匀粘稠的黑色石墨烯/聚丙烯腈分散液，其中聚丙烯腈（PAN）粉末质量含量为（以下同）10-15%、石墨烯0.1~2.5%、无水氯化锂(LiCl)1-2.6%、其余为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）；将制备的石墨烯/聚丙烯腈分散液进行静电纺丝；纺丝参数采用电压20-25kV，纺丝距离15-25cm，纺丝时间6-20h，制备得到石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布；

(2)对上述石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布进行预氧化热处理，以2-6℃/min从室温升至180-200℃，再以1-5℃/min升至250-300℃，保温0.5-1h，随炉冷却至室温，形成热固性的石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布；而后对预氧化处理后的石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布进行高温碳化处理，在氮气保护气氛下，以5-10℃/min升温至800-1100℃，并保温1-2h进行碳化，制备出石墨烯多孔电极材料。

所述石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布预氧化热处理采用不锈钢筛网为衬底，用夹子将该毡布固定在不锈钢筛网上。

本发明制备得到的石墨烯多孔电极材料，对海水除盐有显著效果。添加石墨烯后的多孔电极材料整体导电性好，不需要粘结剂补强，并且石墨烯的添加大大增加了多孔电极材料的比表面积和电导率。石墨烯多孔电极材料主要成分是碳元素，耐腐蚀性远优于传统的金属电极材料。

附图说明

图1是本发明石墨烯多孔电极材料的SEM照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

一种海水除盐用石墨烯多孔电极材料，其以石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布为原料，经预氧化热处理和高温碳化得到纳米碳纤维与石墨烯均匀、连续分布的多孔电极材料，其由直径150-400nm的纳米碳纤维和均匀分布的石墨烯材料构成，比表面积120~437m²/g，孔径2-100nm。

本发明上述海水除盐用石墨烯多孔电极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)制备石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布以聚丙烯腈（PAN）粉末、石墨烯、无水氯化锂(LiCl)、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为原料，配制均匀粘稠的黑色石墨烯/聚丙烯腈分散液，其中聚丙烯腈（PAN）粉末质量含量为（以下同）10-15%、石墨烯0.1~2.5%、无水氯化锂(LiCl)1-2.6%、其余为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）；将制备的石墨烯/聚丙烯腈分散液进行静电纺丝；纺丝参数采用电压20-25kV，纺丝距离15-25cm，纺丝时间6-20h，制备得到石墨烯/聚丙烯腈复合无纺毡布；