[发明专利]一种电容吸附铅离子用电极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种电容吸附铅离子用电极活性材料及其制备方法和应用，所述电极活性材料包括碳泡沫骨架、碳纳米管、八硫化七铁；其中，碳纳米管生长于碳泡沫骨架的表面；八硫化七铁封装于碳纳米管内。其制备方法包括，碳泡沫前驱体的制备、碳化、硫化；其中，碳泡沫前驱体是以三聚氰胺泡沫、铁源、尿素为原料，经水热法或油浴法制备得到。本发明所述电容吸附铅离子用电极活性材料可用于对溶液中的铅离子进行吸附或去除，在实际处理废水中的铅离子具有巨大应用潜力。

技术领域

本发明属于电容去离子技术领域，尤其涉及一种电容吸附铅离子用电极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

重金属因其自身的不可降解和富集性，所以是公认的最具危害的污染物之一。其中，重金属铅(Pb)是饮用水中最常见的公共危害之一，其广泛地来自电池制造、金属电镀、采矿等。如果人长期暴露于与铅有关的污染物或饮用水中，会损害人体免疫系统、神经系统、肝脏等。

目前，对于去除废水中重金属的方法包括膜过滤、离子交换、化学沉淀法、吸附法和电化学法。但是这些方法都有各自的局限性。例如成本高，操作复杂，副反应多，能耗大等缺点阻碍其应用。

电容去离子技术(CDI)是一种新型的水处理技术，其基本原理就是利用低电场将带电离子吸附到电极上，从而实现水溶液中带电离子的去除。电容去离子技术与膜过滤、化学沉淀等工艺相比，具有高能效，操作简单以及低成本等优势。不仅如此，其电极还可以通过短路或反接电源原位再生电极材料，从而实现重金属回收和电极材料的循环再利用，同时可以将污垢和结垢问题降至最低。在CDI处理水溶液中，CDI的性能往往很大程度上依赖于电极活性材料的性质，因此，选择合适的电极活性材料是其发展的关键步骤。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种电容吸附铅离子用电极活性材料及其制备方法和应用。所述电极活性材料能够作为电容去离子装置中的电极材料，对重金属铅离子具有很好的电吸附作用，在实际处理废水中的铅离子具有巨大应用潜力。

本发明技术方案具体如下：

本发明提供了一种电容吸附铅离子用电极活性材料，所述电极活性材料包括碳泡沫骨架、碳纳米管、八硫化七铁；其中，碳纳米管生长于碳泡沫骨架的表面；八硫化七铁封装于碳纳米管内。

本发明还提供了一种电容吸附铅离子用电极活性材料的制备方法，包括碳泡沫前驱体的制备、碳化、硫化；其中，碳泡沫前驱体是以三聚氰胺泡沫、铁源、尿素为原料，经水热法或油浴法制备得到。

优选地，所述水热法制备碳泡沫前驱体，具体包括如下步骤：将三聚氰胺泡沫、铁源、尿素混合，加入去离子水搅拌至溶液澄清，于100-120℃反应12-24h，冷却，即得碳泡沫前驱体；所述铁源与尿素的质量比为1:1-3；所述铁源与三聚氰胺泡沫的质量体积比以g/cm³计为1:100-250。

优选地，所述油浴法制备碳泡沫前驱体，具体包括如下步骤：三聚氰胺泡沫、铁源、尿素混合，在80-100℃油浴下反应12-24h，冷却，即得碳泡沫前驱体；所述铁源与尿素的质量比为1:1-3；所述铁源与三聚氰胺泡沫的质量体积比以g/cm³计为1:100-250。

本发明采用的三聚氰胺泡沫属于商业化的泡沫塑料，可由常规途径购买得到。

优选地，所述铁源为三价铁盐或二价铁盐；更优选地，所述铁源选自硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中一种或多种的组合。这些铁盐可以是水合盐，也可以是非水合盐。

优选地，碳化时，碳化温度为700-850℃，碳化时间为1-4h；更优选地，碳化时，以1-8℃/min的升温速率升温至碳化温度。

本发明所述碳化在无氧氛围下进行，所述无氧氛围为惰性气体或氮气氛围；优选地，在氮气氛围下进行碳化。碳化后，冷却至室温。