[发明专利]一种硅藻土掺杂碳气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硅藻土掺杂碳气凝胶及其制备方法和应用，其以多羟基苯酚与甲醛混合，加入去离子水配制成反应液，再加入抗坏血酸、碳酸钠和羧化壳聚糖，混合，将上述混合物放置入超声波仪器中超声得到均相透明粘稠溶液，最后再加入硅藻土，搅拌均匀后倒入密封瓶中，保温40～60℃充分反应2～4天，制得湿凝胶，湿凝胶进行冷冻干燥后进行炭化制得，该碳气凝胶电化学性能理想，强度大，可以应用于海水淡化领域。

技术领域

本发明涉及一种硅藻土掺杂碳气凝胶及其制备方法和应用，属于新能源材料技术领域。

背景技术

水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的重要资源之一。由于淡水资源分布不均匀，许多国家存在淡水资源供给压力甚至面临淡水资源危机。近年来，伴随着人口的增长和社会的发展，人类对淡水的需求量开始增加，特别是进入21世纪以来，人类在农业、工业和生活用水等方面对淡水的需求量猛然增加。加上对水资源消耗量的增大和对水资源污染的严重，导致了全球性的淡水资源危机。全世界有100多个国家存在不同程度的缺水问题，而利用海水淡化技术，是处理海水淡化的有效手段之一。

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，具有能耗低, 污染小, 易操作等优点，有很大的开发前景，本申请人一直致力于适用于脱盐电极的材料的研发工作。申请人于2019年3月4日申请的CN201910191455.9公开了用碳气凝胶做为电容吸附脱盐电极片的技术方案，其系通过调整碳气凝胶粉末的粒径配比，使活性材料涂覆密度适中，有效提高了除盐效率，但是其强度较差，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高性能硅藻土掺杂碳气凝胶，并同时提供其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

技术主题一

一种硅藻土掺杂碳气凝胶的制备方法，其包括如下步骤：

（1）多羟基苯酚与甲醛按照摩尔比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，再加入抗坏血酸、碳酸钠和羧化壳聚糖，混合均匀，所述抗坏血酸与所述多羟基苯酚的摩尔比为1:5～50，所述碳酸钠与所述多羟基苯酚的摩尔比为1:100～800，所述羧化壳聚糖的加入量为多羟基苯酚的2~15wt%；

（2）将步骤（1）得到的混合物放置超声波仪器中超声0.2~1h得到均相透明粘稠溶液，加入所述多羟基苯酚2～20wt%的硅藻土，将反应液混合均匀后密封，保温40～60℃充分反应2～4天，制得湿凝胶；

（3）将步骤（2）得到的湿凝胶置于冷冻干燥机中，先在-87℃预冻18~30h，然后开启真空泵进行抽真空干燥12~36h，得到干燥的凝胶；

（4）将步骤（3）得到的混合物在保护气氛围下，880～900℃炭化3～5h，再缓慢降至室温，即制得黑色的硅藻土掺杂的碳气凝胶。

作为本发明的一些实施方案，所述步骤（1）中，多羟基苯酚为均苯三酚和间苯二酚的混合物，所述均苯三酚与间苯二酚的摩尔比为1:4~6。

作为本发明的一些实施方案，所述步骤（1）中所述抗坏血酸与所述多羟基苯酚的摩尔比为1:10；所述碳酸钠与所述多羟基苯酚的摩尔比为1:500。

作为本发明的一些实施方案，所述步骤（1）中所述羧化壳聚糖的加入量为多羟基苯酚的10 wt%。

作为本发明的一些实施方案，所述步骤（2）中所述硅藻土的加入量为多羟基苯酚的10 wt%。

作为本发明的一些实施方案，所述步骤（2）中，超声波的功率为40 kw。