三氧化二鋁‑活性炭纖維複合電極材料的製備方法與流程
2023-05-02 10:12:51 1
本發明屬於電極材料的製備領域，具體涉及一種三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的製備方法。
背景技術：
電吸附除鹽技術是近年來發展起來的一種新型水處理方法，其水利用率高、耗能低、成本小，再生簡單，無二次汙染，因此得到廣泛研究。電極材料性能優劣是電吸附除鹽研究的重點，要求電極的導電性能好，比表面積大，電化學性能穩定。活性炭纖維（ACF）具有較大的比表面積和吸附容量，微孔直開於表面有利於吸附質進出接觸，孔徑分布多為微孔，此外還有少量中孔，基本上沒有大孔，且導電性好，吸脫附效率高，滿足電極材料的要求。為了提高活性炭纖維電極的選擇性或使其擁有特定的電化學性能，採用化學法對ACF 進行去灰分預處理或將一些金屬氧化物質引入到電極表面，這種方法已成為電極改性處理的通用技術。Al2O3具有較強的吸附性，通常以細小粉末狀態存在，將Al2O3負載在ACF 上可以充分發揮其吸附性能。目前，關於三氧化二鋁和活性炭纖維的複合電極材料的研究較少，而且製備的電極材料的電容較低，電吸附性能差，限制了其廣泛應用。
技術實現要素：
針對現有技術的缺陷，本發明提供一種三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的製備方法。
本發明是通過以下技術方案實現的。
三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）以活性炭纖維氈為原料，按照活性炭纖維氈與H3PO4的質量比為（3-5）:（4-8）混合，室溫下浸泡12h，然後在40℃下浸泡12h，將處理過的活性炭纖維氈在80℃下乾燥5h，得到H3PO4預處理過的活性炭纖維；
（2）將步驟（1）得到的活性炭纖維按照質量比為1:1浸泡在濃度為16-28g/L的硝酸鋁溶液中，在功率為200W的條件下超聲處理1-3 h，然後再室溫下浸泡23h；
（3）將步驟（2）的產物在95℃下乾燥2h ，然後在110℃下乾燥2h，得到三氧化二鋁-活性炭纖維的前體；將得到的前體轉入管式真空爐中，在惰性氣體的保護下以5℃/min的升溫速率達到500℃後灼燒2h，自然冷卻後取出，即得到三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料。
優選地，步驟（1）中活性炭纖維氈與H3PO4的質量比為4:5。
優選地，步驟（2）中硝酸鋁溶液的濃度為20g/L。
優選地，步驟（2）中在功率為200W的條件下超聲處理1.8 h。
優選地，步驟（3）中惰性氣體為氮氣。
本發明的優點：
本發明操作簡單，製備得到的複合電極材料電容高達98F/g，電容量較大，電吸附性能好，除鹽效率高，且三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的循環利用次數高，在5次循環使用後電吸附效果沒有明顯變化。
具體實施方式
實施例1
三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）以活性炭纖維氈為原料，按照活性炭纖維氈與H3PO4的質量比為3: 4混合，室溫下浸泡12h，然後在40℃下浸泡12h，將處理過的活性炭纖維氈在80℃下乾燥5h，得到H3PO4預處理過的活性炭纖維；
（2）將步驟（1）得到的活性炭纖維按照質量比為1:1浸泡在濃度為16g/L的硝酸鋁溶液中，在功率為200W的條件下超聲處理1 h，然後再室溫下浸泡23h；
（3）將步驟（2）的產物在95℃下乾燥2h ，然後在110℃下乾燥2h，得到三氧化二鋁-活性炭纖維的前體；將得到的前體轉入管式真空爐中，在惰性氣體的保護下以5℃/min的升溫速率達到500℃後灼燒2h，自然冷卻後取出，即得到三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料。
實施例2
三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）以活性炭纖維氈為原料，按照活性炭纖維氈與H3PO4的質量比為5: 8混合，室溫下浸泡12h，然後在40℃下浸泡12h，將處理過的活性炭纖維氈在80℃下乾燥5h，得到H3PO4預處理過的活性炭纖維；
（2）將步驟（1）得到的活性炭纖維按照質量比為1:1浸泡在濃度為28g/L的硝酸鋁溶液中，在功率為200W的條件下超聲處理3 h，然後再室溫下浸泡23h；
（3）將步驟（2）的產物在95℃下乾燥2h ，然後在110℃下乾燥2h，得到三氧化二鋁-活性炭纖維的前體；將得到的前體轉入管式真空爐中，在惰性氣體的保護下以5℃/min的升溫速率達到500℃後灼燒2h，自然冷卻後取出，即得到三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料。
實施例3
三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）以活性炭纖維氈為原料，按照活性炭纖維氈與H3PO4的質量比為4:5混合，室溫下浸泡12h，然後在40℃下浸泡12h，將處理過的活性炭纖維氈在80℃下乾燥5h，得到H3PO4預處理過的活性炭纖維；
（2）將步驟（1）得到的活性炭纖維按照質量比為1:1浸泡在濃度為20g/L的硝酸鋁溶液中，在功率為200W的條件下超聲處理1.8 h，然後再室溫下浸泡23h；
（3）將步驟（2）的產物在95℃下乾燥2h ，然後在110℃下乾燥2h，得到三氧化二鋁-活性炭纖維的前體；將得到的前體轉入管式真空爐中，在氮氣的保護下以5℃/min的升溫速率達到500℃後灼燒2h，自然冷卻後取出，即得到三氧化二鋁-活性炭纖維複合電極材料。