CN105753112A - 活性炭布/石墨烯复合电极及其制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其可包括:将50mg石墨烯和5mg铝盐溶液分散在50ml的乙醇/丙酮混合液中,得到石墨烯/ 铝盐混合液;将石墨烯/ 铝盐混合液置于高速超声波水浴中超声,直至石墨烯和铝盐溶液分散均匀;将阳极电极和阴极电极垂直的置入混合液中,阴极电极为活性炭布;设置电泳沉积电压为20V,并向石墨烯/ 铝盐混合液通电30分钟,以进行电泳沉积,使石墨烯通过电泳沉积出的Al3+离子的带动作用沉积在活性炭布的底衬上,得到沉积有石墨烯的活性炭布/石墨烯复合电极。本发明实施例还提供一种活性炭布/石墨烯复合电极以及一种电容去离子装置。

Description

活性炭布/石墨烯复合电极及其制备方法和装置
技术领域
本发明涉及电极制备技术领域,特别涉及一种活性炭布/石墨烯复合电极及其制备方法和装置。
背景技术
随着世界人口的飞速增长和工业经济的迅猛发展,世界性的能源紧缺和水资源短缺已经严重制约经济的进一步发展。面对水资源危机的挑战,人们希望发明一种高效低成本的净水技术。国际上目前常用的脱盐技术有离子交换、闪蒸、反渗透和电渗析,然而闪蒸能耗大,电渗析耗电过多,离子交换和反渗透技术在再生过程中会带来二次污染。CDI技术(CapacitiveDeionization电容去离子)是近年来国际上所兴起的一项新的水处理技术,是利用表面双电层进行电容吸附去除水中电性物质,其中,电极对于脱盐作业的效率起着至关重要的作用。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种活性炭布/石墨烯复合电极及其制备方法和装置。
本发明实施例提供一种活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,包括:
将50mg石墨烯和5mg铝盐溶液分散在50ml的乙醇/丙酮混合液中,得到石墨烯/铝盐混合液;
再将所述石墨烯/铝盐混合液置于高速超声波水浴中超声,直至石墨烯和铝盐溶液分散均匀;
将阳极电极和阴极电极垂直的置入混合液中,所述阴极电极为活性炭布;
设置电泳沉积电压为20V,并向所述石墨烯/铝盐混合液通电30分钟,以进行电泳沉积,使所述石墨烯/铝盐混合液中的石墨烯通过Al3+离子的带动作用沉积在所述活性炭布的底衬上,得到沉积有石墨烯的活性炭布/石墨烯复合电极。
本发明实施例还提供一种利用上述方法所制成的活性炭布/石墨烯复合电极。
本发明实施例还提供一种电容去离子装置,其可包括上述的活性炭布/石墨烯复合电极。
本发明实施例提供了制备活性炭布/石墨烯复合电极的方法,通过该方法制备的活性炭布/石墨烯复合电极可应用于电容去离子装置,利用石墨烯较大的比表面积和体电导率进行脱盐作业,提高脱盐作业效率。本发明实施例具有制备简易、操作简单、成本低廉的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种活性炭布/石墨烯复合电极结构组成示意图。
图2为本发明实施例提供的一种电容去离子装置结构组成示意图。
图3为本发明实施例提供的石墨烯在活性炭布上电泳沉积的原理示意图。
图4为本发明实施例提供的活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的循环伏安曲线。
图5为NaCl溶液初始电导率为100S/cm,活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的电导率响应曲线。
图6为活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极电容去脱盐率的柱形图。
图7为1.2V工作电压下,NaCl溶液初始电导率为500μS/cm,活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的电导率响应曲线。
图8为1.2V工作电压下,NaCl溶液初始电导率为1000μS/cm,活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的电导率响应曲线。
图9为本发明实施例提供的一种活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明是将活性炭布与石墨烯复合,并以此制备电极用于脱盐实验,目的在于提供一种污染小,能耗低的脱盐技术方法。该方法操作简单易行、成本低、脱盐率高。
石墨烯具有较高比表面积、良好的热导性和体征迁移率及特殊的光学透过率等特性,这些特性使得石墨烯被广泛应用于场发射显示器、燃料电池、生物传感器、超级电容及电容去离子等领域。石墨烯的制备方法多种多样,其中氧化法是实现石墨烯规模化生产最有效的手段之一,石墨烯的比表面积和体电导率对电容去离子功效有很大影响,具有提高电容去离子效率的功效,本发明实施例是通过将石墨烯电泳沉积在活性炭布柔性底衬上,以得到可用于电容去离子装置中进行脱盐作业的复合电极。
如图9所给出的步骤,以及图3所示的制备原理图,本发明实施例提供一种活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其可包括:
步骤S110,将50mg石墨烯和5mg铝盐溶液分散在50ml的乙醇/丙酮混合液中,得到石墨烯/铝盐混合液;
步骤S111,再将阴极电极石墨烯/铝盐混合液置于高速超声波水浴中超声,直至石墨烯和铝盐溶液分散均匀;
步骤S112,将阳极电极和阴极电极垂直的置入混合液中,阴极电极阴极电极为活性炭布;
步骤S113,设置电泳沉积电压为20V,并向阴极电极石墨烯/铝盐混合液通电30分钟,以进行电泳沉积,使阴极电极石墨烯/铝盐混合液中的石墨烯通过Al3+离子的带动作用沉积在阴极电极活性炭布的底衬上,得到沉积有石墨烯的活性炭布/石墨烯复合电极。
通过上述步骤,可制成图1所示的活性炭布/石墨烯复合电极30,在活性炭布电极10上附有一层石墨烯20薄膜。此外,还可以制备新的石墨烯/铝盐混合液,并重复步骤S111-S113进行重复的电泳沉积,在活性炭布/石墨烯复合电极上进一步涂覆可得到厚的多层石墨烯薄膜。制备新的石墨烯/铝盐混合液的原因是在电泳沉积过程中有Al3+的消耗。
本发明实施例提供的活性炭布/石墨烯复合电极相较于活性炭布电极来讲,导电率等具有显著的改善,如图4所示的活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的循环伏安曲线,可以看出,在相同的电压条件下,采用活性炭布/石墨烯复合电极进行导电相比于活性炭布电极导电,电流更大;如图5所示的NaCl溶液初始电导率为100S/cm时,活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的电导率响应曲线,可以看出,随着时间的变化,活性炭布/石墨烯复合电极会使NaCl溶液的电导率下降更快;如图6所示的活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极电容去脱盐率的柱形图,可以看出,在同等电压条件下的脱盐作业,采用活性炭布/石墨烯复合电极能够达到更高的脱盐率;如图7为1.2V工作电压下,NaCl溶液初始电导率为500μS/cm的情况下的活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的电导率响应曲线,可以看出,活性炭布/石墨烯复合电极能够使NaCl溶液的导电率迅速降低;如图8为1.2V工作电压下,NaCl溶液初始电导率为1000μS/cm,活性炭布/石墨烯复合电极和活性炭布电极的电导率响应曲线,可以看出,活性炭布/石墨烯复合电极能够使NaCl溶液的导电率迅速降低。
本发明实施例所要求的铝盐溶液可以是能够电离出Al3+的Al(NO3)3、Al2(SO4)3这一类铝盐溶液。
本发明实施例所要求的乙醇/丙酮混合液中乙醇与丙酮的体积比可以为1:1。
本发明实施例所要求的阳极电极和阴极电极可以全部都是活性炭布,且应该是预先清洗过的,活性炭布/石墨烯复合电极是基于阴极电极生成的,所以本发明实施例中,阳极电极的材质可以不仅限于活性炭布,应采用导电性与活性炭布相似的材质,以较好地控制制备过程。
本发明实施例所要求的阳极电极和阴极电极可置放于离阴极电极石墨烯/铝盐混合液表面1cm处。
本发明实施例中,进行电泳沉积的过程中应连续搅动阴极电极石墨烯/铝盐混合液,以提高制备效率,搅动方法应该是缓慢搅动,搅动速度不能太快,避免离心力大于吸附力,以不超过20转/分钟为准。
请一并参照图2,本发明实施例还提供一种利用上述方法所制成的活性炭布/石墨烯复合电极30,该活性炭布/石墨烯复合电极由活性炭布10以及附着在活性炭布10上的石墨烯20组成。
请一并参照图3,本发明实施例还提供一种包含上述方法所制成的活性炭布/石墨烯复合电极30的电容去离子装置,该活性炭布/石墨烯复合电极由活性炭布以及附着在活性炭布上的石墨烯组成。
本发明实施例提供了制备活性炭布/石墨烯复合电极的方法,通过该方法制备的活性炭布/石墨烯复合电极可应用于电容去离子装置,利用石墨烯较大的比表面积和体电导率进行脱盐作业,提高脱盐作业效率。本发明实施例具有制备简易、操作简单、成本低廉的特点。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其特征在于,包括:
将50mg石墨烯和5mg铝盐溶液分散在50ml的乙醇/丙酮混合液中,得到石墨烯/铝盐混合液;
将所述石墨烯/铝盐混合液置于高速超声波水浴中超声,直至所述石墨烯和所述铝盐溶液分散均匀;
将阳极电极和阴极电极垂直的置入混合液中,所述阴极电极为活性炭布;
设置电泳沉积电压为20V,并向所述石墨烯/铝盐混合液通电30分钟,以进行电泳沉积,使所述石墨烯通过电泳沉积出的Al3+离子的带动作用沉积在所述活性炭布的底衬上,得到沉积有所述石墨烯的活性炭布/石墨烯复合电极。
2.如权利要求1所述的活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其特征在于,所述铝盐溶液为Al(NO3)3或Al2(SO4)3中任一种。
3.如权利要求1所述的活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其特征在于,所述乙醇/丙酮混合液中乙醇与丙酮的体积比为1:1。
4.如权利要求1所述的活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其特征在于,所述阳极电极和所述阴极电极均是预先清洗过的。
5.如权利要求1所述的活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其特征在于,所述阳极电极和所述阴极电极置放于离所述石墨烯/铝盐混合液表面1cm处。
6.如权利要求1所述的活性炭布/石墨烯复合电极的制备方法,其特征在于,所述进行电泳沉积的过程中连续搅动所述石墨烯/铝盐混合液,搅动速度不超过20转/分钟。
7.一种利用权利要求1-6任一所述的方法所制成的活性炭布/石墨烯复合电极。
8.一种电容去离子装置,其特征在于,包括权利要求7所述的活性炭布/石墨烯复合电极。
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