[发明专利]多腔互通分级多孔碳球、多孔碳球电极及其制备方法

说明书

本发明涉及电容去离子电极材料制备技术领域，是一种多腔互通分级多孔碳球、多孔碳球电极及其制备方法，前者按下述步骤制备得到：第一步，采用混酸对原煤处理后得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤和碳酸钾加入水中，得到混合溶液，混合溶液经过超声分散、搅拌后配制成超声喷雾前驱体溶液；第三步，超声喷雾前驱体溶液经过超声喷雾热解，得到超声喷雾热解产物；第四步，超声喷雾解热产物经过酸洗、水洗、干燥后制得多腔互通分级多孔碳球。本发明通过调控超声喷雾前驱体溶液中活化剂的含量，实现了对多孔碳球孔结构的调控，制备得到的多孔碳球具有发达的孔隙结构、良好的亲水性及优异的脱盐性能。

技术领域

本发明涉及电容去离子电极材料制备技术领域，是一种多腔互通分级多孔碳球及其制备方法，以及一种以多腔互通分级多孔碳球为原料的多孔碳球电极及其制备方法。

背景技术

随着全球人口的不断增加以及工业化进程的迅猛发展，水资源缺乏问题日益严峻，探索新型的脱盐淡化技术成为解决淡水资源短缺问题的重要途径。电容去离子(CDI)技术作为一种低能耗、低成本、无二次污染的新型脱盐技术，引起了人们的极大关注。电极材料作为CDI装置的核心组成部分，是影响脱盐性能的关键因素。制备脱盐容量高、循环性能好、成本低廉的电极材料是实现CDI技术规模化应用的关键所在。多孔碳材料具有孔结构发达、比表面积大、化学稳定性好等优点，被视为理想的CDI电极材料。研究发现通过调控孔隙结构、改善表面润湿性、提高导电性等方式能够有效提高多孔碳材料的脱盐性能。公开号为CN108190855A的中国专利文献公开了一种用于水中离子脱除的掺杂三维多孔碳及其制备方法，具体公开了一种以聚苯乙烯微球为硬模板，以石墨烯为导电增强剂，以壳聚糖及植酸为氮、磷元素掺杂源制备掺杂三维多孔碳的方法。但现有的多孔碳材料方法存在制备过程复杂、成本高和孔径分不均等问题，导致其应用于电容去离子电极时的效果不佳。因此，得到工艺简单、成本低廉和孔结构可控的多孔碳材料并应用于电极材料制备，对CDI技术的应用推广具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种多腔互通分级多孔碳球电容脱盐电极材料，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有多孔碳材料制备方法存在的制备过程复杂、成本高、孔径分布不均匀以及脱盐容量低的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种多腔互通分级多孔碳球，按下述步骤制备得到：

第一步，采用混酸对原煤处理后得到氧化煤；

第二步，将所需量的氧化煤和碳酸钾加入水中，得到混合溶液，混合溶液经过超声分散、搅拌后配制成超声喷雾前驱体溶液；

第三步，超声喷雾前驱体溶液经过超声喷雾热解，得到超声喷雾热解产物；

第四步，超声喷雾解热产物经过酸洗、水洗、干燥后制得多腔互通分级多孔碳球。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述第一步具体操作为：按照每0.50g至1.50g原煤加入24mL混酸的比例对原煤进行液相氧化，经过水洗、烘干和研磨后制得氧化煤，所述混酸为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合液。

上述第二步中，混合溶液中氧化煤的浓度为1.0wt%至1.5wt%，混合溶液中碳酸钾的浓度为0.01mol/L至0.02mol/L。

上述第二步中，超声分散时间为15min至30min，搅拌为在室温下搅拌2h。

上述第三步中，超声喷雾热解参数为：注射泵推速为0.1mL/min至0.2mL/min，超声频率为1.7MHz，载气流速为0.4L/min至0.5L/min，热解温度为800℃。

上述第四步中，超声喷雾热解产物用2mol/L盐酸溶液酸洗，再用水洗至中性，干燥后制得多腔互通分级多孔碳球。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种多腔互通分级多孔碳球的制备方法，按以下步骤进行：

第一步，采用混酸对原煤处理后得到氧化煤；