[发明专利]一种基于金属有机骨架材料的电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属有机骨架材料的电极及其制备方法，属于水处理技术应用领域。将1，3，5‑苯三甲酸溶解于乙醇中，硝酸铜溶解于去离子水中，1，3，5‑苯三甲酸与硝酸铜的质量比为1:1‑3，室温下将以上两溶液混合均匀并搅拌；然后，将上述混合物装入反应釜中，110℃下放置18h后将产品用乙醇清洗，再用水清洗，烘干后得到新型金属有机骨架Cu‑MOF材料；将金属有机骨架材料与活性炭、炭黑和PTFE液混合，通过滚压压于钛网上，干燥后制成电极。与普通的活性炭电极相比，所制成的电极在电容去离子过程中吸附量大，吸附性能好，脱盐性能好，将更有利于在CDI领域的进一步研究。

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域中电容去离子技术电极的制备，具体地说是一种用于电容去离子技术的电极材料，属于水处理技术应用领域，特别属于咸水脱盐技术领域。

背景技术

我国在经济快速发展的同时，面临着水资源严重短缺的局面。淡水资源与人们日常生活息息相关，为以满足人们对淡水资源的需求，开始了对咸水的淡化。传统咸水脱盐的技术主要是蒸馏、离子交换、反渗透、电渗析等。但这些方法都有各自的缺点。蒸馏加热时间久、耗能，电渗析过程产生气体而存在安全隐患，离子交换需要大量的酸碱再生，易产生二次污染，反渗透能耗高，成本高。

电容去离子(Capacitive Deionization,CDI)，是一种基于双电层电容理论的水质淡化净化技术，其基本原理是在电极上施加低电压后，溶液中阳离子、阴离子或带电粒子在电场力和浓度梯度作用下分别向两极迁移，吸附于电极表面形成双电层，从而达到脱盐或净化的目的。当吸附达到饱和之后，将电极反接，吸附的离子将释放到溶液之中，电极得到再生，可再次投入到使用当中。CDI技术与传统的脱盐技术相比，不需要酸碱，不会二次污染，投资少，能耗低，是一种经济有效的脱盐技术。

CDI技术作为目前最有希望的脱盐技术之一，如何进一步提高其脱盐效率受到了大量研究人员的关注。而作为决定CDI脱盐性能的关键因素——电极材料，一直以来成为了研究重点。通常CDI电极材料有以下几个方面的要求：较高的比表面积、良好的导电性和足够的电化学稳定性，目前，人们已经将多种材料应用于CDI并展开了相关研究，如活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、碳气凝胶等。

金属有机骨架(Metal Organic Frameworks,MOF)材料具有无机和有机功能材料的综合特性，具有比表面积大、电阻低等显著优点，可作为CDI电极材料使用。因此，本发明制备了金属有机骨架材料Cu-MOF材料，并制备成电极，将其应用于CDI阳极，研究其脱盐性能。

发明内容

本发明的目的为提供一种基于金属有机骨架材料的电极及其制备方法，并将这种电极应用于CDI阳极，研究其脱盐性能。

本发明的基于金属有机骨架材料的电极制备方法，包括如下步骤：

(1)合成Cu-MOF材料：将1，3，5-苯三甲酸溶解于乙醇中，硝酸铜溶解于去离子水中，1，3，5-苯三甲酸与硝酸铜的质量比为1:1-3，室温下将以上两溶液混合均匀并搅拌；然后，将上述混合物装入反应釜中，110℃下放置18h后将产品用乙醇清洗，再用水清洗，烘干后得到新型金属有机骨架材料Cu-MOF材料；

(2)将上述已合成的Cu-MOF材料掺杂于活性炭和炭黑中，加入乙醇和PTFE液，通过超声波清洗仪振动去除乙醇，制成固体并滚压在60目的钛网上，将其干燥后制成电极；Cu-MOF材料：活性炭：炭黑：PTFE质量比为：3:5:1:1；PTFE液规格为60％，wt％。

将制备成的电极通过三电极体系(掺杂Cu-MOF材料的电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极)进行CV测试(电压范围为-1V～1V，扫描速度为0.01V/s)和EIS测试(0.1～100000Hz)，电解液为PBS液。

(1)一种基于金属有机骨架材料的电极的CDI脱盐性能的测试