[发明专利]亲水性多层结构电容式去离子电极的制备方法及电极

说明书

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种亲水性多层结构电容式去离子电极的制备方法，包括：制备石墨烯/铁酸锌复合材料；通过石墨烯/铁酸锌复合材料制备石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极；以及提高石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极的亲水性。本制备方法制备的石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极具有高比表面积，优良的导电性和良好的亲水性能。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，具体涉及一种亲水性多层结构电容式去离子电极的制备方法及电极。

背景技术

电容式去离子技术（capacitive deionization, CDI）是一种新兴的绿色低能耗水净化技术。氧化石墨烯作为石墨烯的一种衍生物，与碳纳米管相似，由于层间相互吸引，经过氧化还原后的石墨烯单体倾向于二次堆垛形成团聚。一方面，石墨烯单体与铁酸锌前驱体的原位水热过程很好的抑制了上述现象；另一方面，氧化石墨烯也在此过程中通过热还原形成还原氧化石墨烯，同时在双电层体系中引入了赝电容，增大了电极的比电容性能。

但此制备过程去除了很多的亲水官能团，而降低了电极的理论吸/脱附性能。

因此，为了解决上述技术问题，需要提供一种亲水性石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种亲水性多层结构电容式去离子电极的制备方法及电极。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电极制备方法，包括：制备石墨烯/铁酸锌复合材料；通过石墨烯/铁酸锌复合材料制备石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极；以及提高石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极的亲水性。

进一步，制备石墨烯/铁酸锌复合材料的方法包括：将硫酸锌/硫酸亚铁混合液与氧化石墨烯草酸溶液混合后高温反应；再将反应产物抽滤、洗涤并干燥，以得到所述石墨烯/铁酸锌复合材料。具体的，所述抽滤、洗涤的次数为5~10次，以至洗涤液pH呈中性；以及干燥温度为100℃。

可选的，所述制备氧化石墨烯草酸溶液的方法包括；先将草酸加入适量水（纯净水或去离子水）中超声2h，待分散均匀后再加入氧化石墨烯，继续超声1~6h，以使氧化石墨烯草酸溶液均匀化。

可选的，所述制备硫酸锌/硫酸亚铁混合液的方法包括；将硫酸锌和硫酸亚铁混合后加入适量去离子水中，超声2h，以使硫酸锌/硫酸亚铁混合液均匀化。

可选的，所述硫酸锌、硫酸亚铁、草酸、氧化石墨烯按摩尔份数的组成比例为1:2:2~5:5~30。所述硫酸锌、硫酸亚铁的分量以高温反应的需求量为准，只要满足完全还原氧化石墨烯即可。

可选的，可以将硫酸锌/硫酸亚铁混合液与氧化石墨烯草酸溶液混合在水热釜中，并在烘箱中进行高温反应；以及所述高温反应的温度为120~250℃，反应时间为2h。这种高温反应也叫原位生长水热法，生成石墨烯/铁酸锌复合材料，不仅保留了材料的本征特性，可以使石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极具有较高的比表面积，还可以在双电层体系中引入了赝电容，增大了石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极的比电容性能。

进一步，通过石墨烯/铁酸锌复合材料制备电极的方法包括：将石墨烯/铁酸锌复合材料制备成电极浆料，再将电极浆料刮涂在石墨纸上，待烘干后获得所述石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极；其中所述电极浆料通过石墨烯/铁酸锌复合材料、聚偏氟乙烯加入氮，氮-二甲基乙酰胺溶剂中，共混制得；所述石墨烯/铁酸锌复合材料、聚偏氟乙烯按质量比为85~90：10~15，以及所述氮，氮-二甲基乙酰胺溶剂可以为30-40ml。具体的，所述石墨烯/铁酸锌多层结构电容式去离子电极适于在电极浆料搅拌均匀后刮涂于石墨纸上，以干燥形成。一般情况下，刮涂厚度为10~30μm，干燥温度为100℃，干燥时间为30min，但干燥程度也跟周围环境和刮涂层厚度有关。