[发明专利]一种利用玉米秸秆制备电容去离子电极的方法

说明书

本发明提供了一种用于电容去离子的玉米秸秆基生物质炭电极片的制备方法，其制备方法包括：将预处理过的玉米秸秆于惰性气体氛围下，在管式加热炉中加热至500℃，并保持1小时，得到预碳化样品；将预碳化样品与KOH按一定质量比例充分混合研磨成粉末；将混合物于管式加热炉中，在700℃、800℃、900℃下保持1小时；使用盐酸溶液将得到的生物质炭粉末进行中和、清洗，得到最终生物质炭粉末；在水浴锅加热搅拌条件下，将无水乙醇、聚四氟乙烯和生物质炭粉末充分混合，得到的膏体混合物用热压机压在不锈钢网上，并用去离子水洗净烘干。本发明所制备的电极比表面积大、循环稳定性强、吸附性能好，且制备方法简单、生产成本低，属于废物资源化利用。

技术领域

本发明涉及电容去离子领域，更具体的涉及一种电容去离子吸附电极及其制备方法。

背景技术

水作为自然界中一种极其重要的自然资源，是人类生活、生产过程中必不可少的物质基础。尽管，在地球上，水的面积占地球总面积的71%，但是能被我们用来直接开发利用的淡水资源还不及水资源总量的1%。与此同时，由于工业、农业水平以及活动的高速发展，再加之政策管理不到位、监管力度不足等问题，使得大量的处理不达标的废水直接排放到环境中，其中，重金属污染是水体污染中极为常见的一种形式。如果重金属废水一旦大量流入到环境当中，将难以被降解，它会随着生物链系统被无限富集，产生严重的环境水体污染问题，对社会生产生活带来极大的威胁。

传统的重金属废水处理方法包括离子交换法、化学沉淀法、吸附法和膜分离法等，但这些方法存在着产生二次污染、能耗大等负面影响，而电容去离子技术具有能耗小、成本低、无二次污染以及再生方便的优势，是一种绿色节能环保的新兴水处理技术。其中，电极材料是影响电容去离子效果的最关键因素，生物质材料由于其具有低成本和资源丰富的特点，已经被广泛应用于微生物燃料电池等领域，而在电容去离子领域报道较少。玉米秸秆是一种生长于热带和温带地区的重要谷物，它富含丰富的化学微量元素。但我国却存在着严重的焚烧玉米秸秆的现象，对空气造成了极大的污染。将玉米秸秆作为生物质材料，利用其制作吸附剂，不仅可以缓解焚烧带来的空气污染问题，还可以利用其净化水体，起到了双重的效果。故本发明以玉米秸秆为制作吸附剂的生物质材料，制作出的多孔碳材料（CSPC）具有比表面积大、循环稳定性强、吸附性能好的特点。此外，由于其具有三维多级孔结构，该电极材料可以在与电解质的界面处形成厚的双层以存储大量电荷，从而产生较高的比电容。这种优异的电化学性能证明了其作为电容去离子中的电极材料的巨大潜力。

发明内容

综上所述，本发明旨在开发一种低成本、环境友好的玉米秸秆基生物质炭电极的制备方法，由于该电极材料具有比表面积大、循环稳定性强、吸附性能好的特点，故可以将其应用于电容去离子领域。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案的具体步骤如下：

a、玉米秸秆的预处理：玉米秸秆用去离子水进行清洗，置于烘箱中烘干，剪成小段然后粉碎；

b、玉米秸秆的预碳化：将适量的玉米秸秆粉末置于石英舟内，在氮气作为保护气的条件下，在管式加热炉内加热煅烧处理，并在氮气作为保护气体的条件下冷却至室温，即可得到预碳化的玉米秸秆多孔碳；

c、玉米秸秆的活化：将预碳化的样品置于研钵中研磨成粉末，加入一定比例的KOH混合并充分研磨后放在瓷舟中，然后在氮气作为保护气体的条件下，在管式加热炉中加热至一定温度后，再使其降低至室温；

d、洗涤到中性：煅烧后的样品置于研钵中研磨，将研磨后的样品与适量的去离子水和浓盐酸置于烧杯中，用磁力搅拌器搅拌12h后即可离心，直到溶液的pH呈现中性。最后将离心后得到的残渣放入烘箱中，在120°C下烘干12 h，得到多孔生物质炭材料；