[发明专利]一种碳纳米管掺杂的壳聚糖基活性炭材料、电容去离子电极及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管掺杂的壳聚糖基活性炭材料、电容去离子电极及制备方法。所述活性炭材料的制备方法包括如下步骤：将壳聚糖溶于冰醋酸水溶液中；再加入碳纳米管，分散均匀后，添加钾盐溶液，搅拌均匀后再加入戊二醛水溶液，静置得到水凝胶，冷冻干燥后得到气凝胶；干燥后的气凝胶在惰性气氛下，进行高温碳化处理，水洗至中性，干燥后即得。碳管的添加可以促进碳材料介孔的生成，有助于增强壳聚糖基碳材料的电容大小，提高材料的电化学性能，从而促进电容脱盐性能的提高。本发明工艺简单，操作方便，且壳聚糖氮元素含量高，廉价易得，具有良好的应用前景和经济效益。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体是一种碳纳米管掺杂的壳聚糖基活性炭材料、电容去离子电极及制备方法。

背景技术

电容去离子(CDI)因其具有成本低，能耗低、不产生二次污染等特点，是一种有前途的低盐度水淡化工艺。CDI技术基于双电层理论，在两个电极之间加恒定电压形成静电场，溶液中的离子流经时受到电场力和浓度梯度的作用分别向两电极迁移，吸附在电极材料表面形成双电层，达到去除离子的目的；当吸附的离子接近饱和时，去除电极间施加的电压或施加反向电压，离子脱附实现电极再生。电极材料是脱盐技术的核心，其电容大小直接影响脱盐性能，良好的电极材料应该具有较大的比表面积、合理的孔径分布和优异的导电性能。比表面积越大，可提供的离子吸附位点就多，孔径处于2nm左右，有利于离子扩散和迁移，脱盐性能最佳。由于碳材料具有多孔结构、较高的比表面积和良好的稳定性，像活性炭，石墨烯，碳纳米管，活性炭布和碳气凝胶等已被用于CDI电极材料。由于单独碳材料脱盐能力有限，因此对其进行掺杂或者改性成为电容脱盐材料的一个主要研究方向。

壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质，经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。可以从动物的皮、骨、肌腱等结缔组织中提取得到，其含氮量高达16％，并且具有环境友好、价格低廉等优点。壳聚糖被广泛用作制备N掺杂碳材料的前驱体，但是其得到的活性炭材料，孔径主要集中在微孔，用于电容脱盐效果欠佳。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种碳纳米管掺杂的壳聚糖基活性炭材料、电容去离子电极及制备方法。

第一方面，本发明提供一种碳纳米管掺杂的壳聚糖基活性炭材料的制备方法，是采用以下技术方案实现的。

一种碳纳米管掺杂的壳聚糖基活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将壳聚糖加入到冰醋酸水溶液中，得到浓度为1～3wt％的溶液；

S2.将碳纳米管加入到步骤S1得到的溶液中，并使碳纳米管分散均匀；所述壳聚糖与碳纳米管的质量比为(5-60:1)；

S3.向步骤S2得到的溶液中加入浓度为5～40wt％的钾盐溶液，搅拌均匀；

S4.向步骤S3得到的溶液中加入戊二醛水溶液，搅拌后静置得到水凝胶，再将水凝胶冷冻并干燥，得到气凝胶；

S5.将步骤S4得到的气凝胶在惰性气氛中，600～900℃下高温碳化处理2h；反应结束后洗涤材料并干燥，得到碳纳米管掺杂的壳聚糖基多孔活性炭材料。

进一步的，步骤S1中，冰醋酸水溶液的浓度为1～3wt％；优选的，冰醋酸水溶液的浓度为2wt％。

进一步的，步骤S1中，将壳聚糖加入到冰醋酸水溶液中，得到浓度为1.5wt％的溶液。

进一步的，步骤S2中，碳纳米管选自单壁、双壁或者多壁碳纳米管。所述碳纳米管的长度不限。

进一步的，步骤S2中，碳纳米管的分散方法为：球磨、搅拌或超声；优选的，步骤S2中，碳纳米管的分散方法为球磨。

进一步的，步骤S3中，钾盐溶液选自碳酸钾溶液、醋酸钾溶液或柠檬酸钾溶液。