[发明专利]膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极

说明书

本发明属于水净化领域，具体涉及一种膜电容电吸附电极的制备方法，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极。本发明的制备方法使离子交换膜与导电碳电极合二为一，增强了电吸附效果，减少了同离子效应，为离子迁移提供通道，降低迁移扩散阻力，从而提高了电极的脱盐效率，降低了能耗。

技术领域

本发明涉及水净化领域，具体涉及一种膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极。

背景技术

电吸附技术(Capacitive deionization,CDI)是一种新型脱盐技术，其原理是利用电极的充放电过程对水体溶液中离子的吸脱附效果；由于其低能耗，高脱盐率，对环境友好，寿命长等优点而被广泛研究。膜电容电吸附(Membrane capacitive deionization,MCDI)技术是电容法脱盐技术的强化过程，在传统的CDI组件的电极表面引入阴、阳离子膜层，减少了同离子效应，为离子迁移提供通道，降低迁移扩散阻力，从而提高了电极的脱盐效率，降低了能耗。

由于MCDI中的阴、阳离子膜层与CDI电极结合的过程中存在离子传输、接触电阻和膜电阻的问题，导致现有的电极脱盐效率低和能耗较高，影响了电极的正常使用和工业化推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜电容电吸附电极的制备方法及膜电容电吸附电极，以提高电极的脱盐效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电极的制备方法，包括：分别制备导电碳电极浆料和离子交换膜层浆料；通过导电碳电极浆料制备导电碳电极；将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面；以及真空干燥，得到膜电容电吸附电极，即离子交换膜/碳复合电极。具体的，通过静电喷涂将离子交换膜层浆料喷涂在导电碳电极表面，减小了离子交换膜层与导电碳电极之间的接触电阻，提高离子的迁移速度，提升脱盐效果，降低能耗。

其中，通过导电碳电极浆料制备导电碳电极的方法包括：先将导电碳电极浆料用200目筛网过筛，然后真空抽气去除导电碳电极浆料中的气泡，最后用静电喷涂的方式将导电碳电极浆料喷涂在集流体表面，得到所述导电碳电极。可选的，所述集流体例如但不限于石墨纸。可选的，所述干燥的温度为60-100℃，干燥时间为5-20h。

进一步，所述制备导电碳电极浆料的方法包括：将水性粘结剂与去离子水混合并超声分散均匀，得到粘结剂溶液；将碳材料与粘结剂溶液混合并通过电动搅拌机搅拌均匀，得到所述导电碳电极浆料；其中，所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；所述水性粘结剂包括但不限于羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)中的一种或几种；所述分散剂可以为去离子水。可选的，所述碳材料为75-85重量份；所述粘结剂溶液中的水性粘结剂为12-25重量份。

进一步，所述制备离子交换膜层浆料的方法包括：对离子交换树脂进行预处理；以及将预处理后的离子交换树脂与所述粘结剂溶液混合，并通过电动搅拌机搅拌均匀，得到离子交换膜层浆料。其中，所述预处理后的离子交换树脂为75-88重量份。

进一步，所述对离子交换树脂进行预处理的方法包括：将粒状的离子交换树脂破碎成粉状的树脂粉末；用去离子水抽滤清洗树脂粉末；将树脂粉末浸泡在酸性或碱性溶液中；以及清洗至中性，得到预处理后的离子交换树脂。可选的，所述离子交换树脂可以为阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。其中所述酸性溶液包括HCI溶液，其浓度为0.5-2M(mol/L)，；所述碱性溶液包括NaOH溶液，其浓度为0.1-2M(mol/L)；以及树脂粉末在酸性或碱性溶液中浸泡的时间均为3-12h。具体的，当离子交换树脂为阴离子交换树脂时，先浸泡在HCI溶液中，然后反复清洗至中性，再用NaOH溶液浸泡，最后再清洗至中性；当离子交换树脂为阳离子交换树脂时，先浸泡在NaOH溶液中，然后反复清洗至中性，再用HCI溶液浸泡，最后再清洗至中性。