專利名稱：液流式電吸附脫鹽裝置的碳納米管電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于液流式電吸附脫鹽裝置的碳納米管電極的制造方法，特別是大面積高性能電極的成型制造方法，屬電吸附凈水裝置的主要電極部件的制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液流電吸附脫鹽裝置，一般以碳材料為電極材料，在通電的條件下，當(dāng)鹽水通過該裝置時(shí)，水中可溶性離子向荷電相反的電極移動(dòng)并吸附在該電極上，達(dá)到脫鹽效果，當(dāng)吸附達(dá)飽和時(shí)，通過短接或反接的方式使電極上吸附的離子脫附，從而實(shí)現(xiàn)電極再生。
國內(nèi)外對(duì)電極成型的方法研究很多，基本上以活性炭作為基體材料，聚四氟乙烯(PTFE)作為粘結(jié)劑，采用反復(fù)輥壓的方法制作電極，如US6127474，US5538611，US6413109，US5192432，US5360540，US5415768，US5547581，US5620597，US5748437，US6325901等。這些美國專利報(bào)道的電極制備方法，通常有三方面的缺點(diǎn)1)由于采用聚四氟乙烯(PTFE)，堵塞活性炭的大部分空隙，因而有效比表面積不大；2)雖然活性炭比表面積較大，但由于其微孔占絕大部分，因而實(shí)際上溶液離子可以浸入的有效表面積相對(duì)降低；3)由于聚四氟乙烯(PTFE)絕緣性能較好，用其制作的電極導(dǎo)電率不高。因此，需要尋找一種更合適的粘結(jié)劑，一方面起粘結(jié)的作用，同時(shí)不易堵塞材料空隙，并不會(huì)降低電極導(dǎo)電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述提出的缺點(diǎn)，提供一種碳納米管作為電極材料主體并采用合適粘結(jié)劑來制造電極的方法。
本發(fā)明中采用的碳納米管是具有特殊的中空結(jié)構(gòu)，其比表面積很大，溶液離子可以滲透到其內(nèi)部，因此有效比表面也大；另外，碳納米管還有一個(gè)特殊的性能，其電阻率較低，導(dǎo)電性良好。在粘結(jié)劑選用方面，為克服聚四氟乙烯(PTFE)的不足，可采用酚醛樹脂或呋喃樹脂，這種樹脂經(jīng)過炭化后不會(huì)堵塞電極材料的空隙，它既能起粘結(jié)劑的作用，而且也不會(huì)降低電極導(dǎo)電性能。
本發(fā)明方法中采用了碳納米管與酚醛樹脂或呋喃樹脂熱壓一次成型的方法，該方法具有如下工藝工程和工藝步驟a.首先準(zhǔn)備好經(jīng)過預(yù)處理的碳納米管，其比表面積為80～300m2/g，長度為0.5～40μm，管徑為5～60nm；b.將上述碳納米管與特定的粘結(jié)劑酚醛樹脂或呋喃樹脂以一定的比例在高速球磨機(jī)中進(jìn)行混合，所選用的碳納米管與粘結(jié)劑的混合比例為90∶10～60∶40(質(zhì)量比)，最佳為80∶20；球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在500～1200轉(zhuǎn)/分鐘，最佳為1000轉(zhuǎn)/分鐘；c.將球磨混合粉體經(jīng)過篩后，放置于一定形狀的模具中，在溫度為100～200℃和10～100MPa壓力進(jìn)行熱壓成型，制成厚度為1～3mm的碳納米管電極片；熱壓成型過程中，最佳溫度為150℃；最佳壓力為25Mpa；d.將上述所得的電極片再在一定溫度下和一定壓力下，放置于氮?dú)夥罩刑炕?，炭化溫度?00～1000℃，最佳為850℃；壓力為0.1～1MPa，最佳為0.5MPa一定時(shí)間，即得所需電極片。
上述的粘結(jié)劑酚醛樹脂或呋喃樹脂在具體配制工藝中，可加入樹脂總量10％的烏洛托品。
本發(fā)明采用了酚醛樹脂和呋喃樹脂粘結(jié)劑，在高溫?zé)o氧炭化情況下，自身的碳骨架仍具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)不會(huì)堵塞電極材料的空隙，且經(jīng)炭化后的碳顆粒具有一定的導(dǎo)電性，因此適合做碳納米管電極的粘結(jié)劑。
本發(fā)明方法可制得大面積高性能的碳納米管電極，可以為建立大規(guī)模的電吸附水處理裝置提供配套電極；另外，本發(fā)明方法制出的電極有很好的平整性，電極具有很均勻的導(dǎo)電性；工藝操作方便，厚度和面積易于控制，且由于電極電阻較小，電容量大，能做到低能耗水處理。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例根據(jù)前述的工藝程序和步驟進(jìn)行制作碳納米管電極。
本實(shí)施例采用的碳納米管管徑為40～60nm、比表面積為80m2/g～100m2/g，酚醛樹脂(添加一定量的烏洛托品，其加入量為酚醛樹脂的10％)，所用的碳納米管與樹脂的重量百分比為80∶20，放在高速球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。然后取混合粉體15g，置入特定的模具中，在150℃的溫度和25MPa的壓力熱壓成型，保持該溫度和壓力10min，壓制所得的電極片厚度為1.5mm，然后將該電極片在850℃的溫度和0.5MPa的壓力下，氮?dú)鈿夥罩刑炕?小時(shí)，自然冷卻，即得所需電極片。
將上述方法制成的電極，取10片組裝在一組脫鹽裝置中，當(dāng)濃度為2000ppm鹽水以1L/h通過該裝置時(shí)，在電極兩端施加2.0V的電壓，出水中鹽水濃度為500ppm，脫鹽率為75％。
實(shí)施例二本實(shí)施例的工藝程序和步驟與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例采用的碳納米管管徑為10～20nm、比表面積為120m2/g～130m2/g，呋喃樹脂(添加一定量的烏洛托品，其加入量為呋喃樹脂的10％)；所用的碳納米管與樹脂的重量百分比為80∶20，放在高速球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，將混合粉體稱取15g左右，置入特定的模具中，以150℃的溫度和25MPa的壓力熱壓成型，保持該溫度和壓力10min，壓制所得的電極片厚度為2mm，將該電極片在850℃的溫度和0.5MPa的壓力下，氮?dú)鈿夥罩刑炕?小時(shí)，自然冷卻，即得所需電極片。
將上述方法制成的電極，取10片組裝在一組脫鹽裝置中，當(dāng)濃度為2000ppm鹽水以1L/h通過該裝置時(shí)，在電極兩端施加2.0V的電壓，出水中鹽水濃度為340ppm，脫鹽率為83％。
實(shí)施例三本實(shí)施例的工藝程序和步驟與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例采用的碳納米管管徑為10nm、比表面積為260m2/g～280m2/g，酚醛樹脂(添加一定量的烏洛托品，其加入量為酚醛樹脂的10％)；所用的碳納米管與樹脂的重量百分比為80∶20，放在高速球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，將混合粉體稱取15g左右，置入特定的模具中，以150℃的溫度和25MPa的壓力熱壓成型，保持該溫度和壓力10min，壓制所得的電極片厚度為2mm，將該電極片在850℃的溫度和0.5MPa的壓力下，氮?dú)鈿夥罩刑炕?小時(shí)，自然冷卻，即得所需電極片。
將上述方法制成的電極，取10片組裝在一組脫鹽裝置中，當(dāng)濃度為2000ppm鹽水以1L/h通過該裝置時(shí)，在電極兩端施加2.0V的電壓，出水中鹽水濃度為200ppm，脫鹽率為90％。
權(quán)利要求
1.一種液流式電吸附脫鹽裝置的碳納米管電極的制造方法，其特征在于，該方法具有如下工藝工程和工藝步驟a.首先準(zhǔn)備好經(jīng)過預(yù)處理的碳納米管，其比表面積為80～300m2/g，長度為0.5～40μm，管徑為5～60nr；b.將上述碳納米管與特定的粘結(jié)劑酚醛樹脂或呋喃樹脂以一定的比例在高速球磨機(jī)中進(jìn)行混合，所選用的碳納米管與粘結(jié)劑的混合比例為90∶10～60∶40(質(zhì)量比)，最佳為80∶20；球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在500～1200轉(zhuǎn)/分鐘，最佳為1000轉(zhuǎn)/分鐘；c.將球磨混合粉體經(jīng)過篩后，放置于一定形狀的模具中，在溫度為100～200℃和10～100MPa壓力進(jìn)行熱壓成型，制成厚度為1～3mm的碳納米管電極片；熱壓成型過程中，最佳溫度為150℃；最佳壓力為25Mpa；d.將上述所得的電極片再在一定溫度下和一定壓力下，放置于氮?dú)夥罩刑炕炕瘻囟葹?00～1000℃，最佳為850℃；壓力為0.1～1MPa，最佳為0.5MPa一定時(shí)間，即得所需電極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液流式電吸附脫鹽裝置的碳納米管電極的制造方法，其特征在于，所述的粘結(jié)劑酚醛樹脂或呋喃樹脂在具體配制工藝中，可加入樹脂總量10％的烏洛托品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于液流式電吸附脫鹽裝置的碳納米管電極的制造方法，特別是大面積高性能電極的成型制造方法，屬電吸附凈水裝置的主要電極部件的制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法主要是將預(yù)處理好的碳納米管與特定的粘結(jié)劑酚醛樹脂或呋喃樹脂以一定的比例在高速球磨機(jī)中進(jìn)行混合，然后將球磨混合粉體經(jīng)過篩后，放置于一定形狀的模具中，在一定溫度和一定壓力進(jìn)行熱壓成型，再在一定溫度下和一定壓力下，放置于氮?dú)夥罩刑炕吹盟桦姌O片。該裝置可用于淡化苦咸水或海水，裝置中的電極是主要核心部件。本發(fā)明方法制出的電極有很好的平整性，電極電阻小，電容量大，且電極具有很均勻的導(dǎo)電性；可以為建立大規(guī)模的電吸附水處理裝置提供配套電極，且能達(dá)到低能耗水處理要求。
文檔編號(hào)B01J47/08GK1557522SQ20041001626
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者施利毅, 張登松, 方建慧, 代凱, 張劍平 申請(qǐng)人:上海大學(xué)