一种活性炭/氟离子导体复合电极及其制备方法与流程

本发明涉及一种电极，具体涉及一种用于脱除含氟废水中氟离子的活性炭/氟离子导体复合电极及其制备方法。

背景技术：

1、氟离子是一种常见的污染物，其来源广泛，包括工业废水、农药残留、生活污水等。长期摄入过量的氟离子会对人体健康产生严重危害，如导致牙齿和骨骼的氟斑病，甚至引发神经系统疾病。因此，研究并开发高效的氟离子脱除技术对于环境保护和人体健康具有重要意义。

2、目前，脱除溶液中氟离子的方法主要包括化学沉淀法、吸附法、离子交换法和电渗析法等。其中，化学沉淀法虽然能够去除部分氟离子，但产生的沉淀物处理困难，容易造成二次污染；吸附法虽然操作简单，但吸附剂的吸附容量有限，且再生困难；离子交换法虽然脱氟效果较好，但成本较高，且交换树脂易饱和；电渗析法则需要消耗大量电能，尤其在大量可溶盐存在下，运行成本高。

3、研发一种既高效又经济实用的氟离子脱除技术成为当前亟待解决的问题。本发明旨在通过创新电极材料制备，以此电极作为中间电极实现edi(电去离子技术)-cdi(电容去离子技术)耦合，从含盐溶液中选择性高效脱除氟离子的方法，为水体氟离子污染治理提供新的解决方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好氟离子传导能力的用于脱除含氟废水中氟离子的活性炭/氟离子导体复合电极及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种活性炭/氟离子导体复合电极的制备方法，包括以下步骤：

4、1)以活性炭为原料，制备呈柱形的碳电极坯体；

5、2)按配比称取氟化镧和氟化钡，混合均匀后于高温条件下进行预烧结，破碎，得到化学式为la1-xbaxf3-x的氟离子导体粉体，其中，x＝0.05～0.1；

6、3)在氟离子导体粉体中加入烧结助剂，混合均匀后用聚乙烯醇水溶液调成膏状，所得膏状物涂覆于碳电极坯体的内侧，得到活性炭/氟离子导体层合体；

7、4)将所得活性炭/氟离子导体层合体置于高温条件下烧结，即得到所述的活性炭/氟离子导体复合电极。

8、本发明所述制备方法的步骤1)中，采用现有常规的方法制备碳电极坯体，通常是在活性炭中加入适量酚醛树脂后再压制成柱形。具体的，将活性炭和酚醛树脂按70～80：30～20的质量比混合均匀后置于模具中，引入集流导线，于120～150℃条件下压制成柱形；其中，活性炭的比表面积优选为300～1000m2/g，更优选是以竹子为原料制成的比表面积为300～600m2/g的活性炭。在本申请中，碳电极坯体的形状可以是截面呈圆形的圆柱形，也可以是截面呈方形的柱形。

9、本发明所述制备方法的步骤2)中，根据所需要制备的氟离子导体粉体的化学式来确定氟化镧和氟化钡的配比。本申请中，化学式中x的取值优选为0.05。该步骤中，所述的高温条件是指800～900℃，预烧结的时间通常为15～25h。

10、本发明所述制备方法的步骤3)中，所述的烧结助剂与现有技术相同，优选为氟化钾；对于烧结助剂的加入量，优选为步骤2)中氟化钡质量的0.9～1.1倍。所述聚乙烯醇的分子量通常为2000～5000，聚乙烯醇水溶液的浓度优选为2～5wt％。通常是用相当于氟离子导体粉体和烧结助剂总重量的10～30％的聚乙烯醇水溶液来将氟离子导体粉体和烧结助剂的混合物调成膏状。将所得膏状物均匀涂覆于碳电极坯体的内侧，得到截面呈现出两层结构且这两层结构分别为活性炭层和氟离子导体层的活性炭/氟离子导体层合体。以碳电极坯体为圆柱形为例，所得膏状物则均匀涂覆于碳电极坯体的内周面上。膏状物的涂覆厚度根据需要确定，例如可以是与碳电极坯体的厚度相当。

11、本发明所述制备方法的步骤4)中，所述的高温条件是指800～900℃，烧结的时间通常为1～3h。

12、本发明还包括由上述方法制备得到的活性炭/氟离子导体复合电极。

13、与现有技术相比，本发明的特点在于：

14、1.本发明所述方法制备的活性炭/氟离子导体复合电极结合了活性炭的吸附性和la1-xbaxf3-x材料的离子传导性，具有良好的氟离子传导能力，可有效提高电极的脱氟效率，实现高效率的氟离子脱除。

15、2.本发明所述方法工艺简单，易于规模化生产。

16、3.将本发明所述复合电极作为中间电极用于特定装置中，可实现edi-cdi耦合，通过施加电压使含氟废水中的氟离子向电极的活性炭表面迁移，并于活性炭表面被吸附，在edi电压的驱动下吸附电极活性炭一侧的氟离子穿过氟离子导体，从而达到选择性脱除溶液中氟离子的目的。特别适用于大量溶盐存在条件下对含氟废水进行选择性脱除氟离子。

技术特征：

1.一种活性炭/氟离子导体复合电极的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤2)中，x＝0.05。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤2)和4)中，所述的高温条件是指800～900℃。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤3)中，所述的烧结助剂为氟化钾。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤3)中，所述烧结助剂的加入量为步骤2)中氟化钡质量的0.9～1.1倍。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤3)中，聚乙烯醇的分子量为2000～5000，聚乙烯醇水溶液的浓度为2～5wt％。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤1)中，碳电极坯体的形状为圆柱形。

8.根据权利要求1～7中任一项所述方法制备得到的活性炭/氟离子导体复合电极。

技术总结本发明公开了一种活性炭/氟离子导体复合电极及其制备方法，所述的方法包括以下步骤：1)以活性炭为原料，制备呈柱形的碳电极坯体；2)按配比称取氟化镧和氟化钡，混合均匀后于高温条件下进行预烧结，破碎，得到化学式为La<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Ba<subgt;x</subgt;F<subgt;3‑x</subgt;的氟离子导体粉体，x＝0.05～0.1；3)在所得粉体中加入烧结助剂，混匀后用聚乙烯醇水溶液调成膏状后涂覆于碳电极坯体的内侧，得到活性炭/氟离子导体层合体；4)将所得活性炭/氟离子导体层合体置于高温条件下烧结，即得。本发明所述方法制备的复合电极具有良好的氟离子传导能力，可有效提高电极的脱氟效率，实现高效率的氟离子脱除。技术研发人员：冯吉福,马荣锴,袁江涛,周奇明,张向军,阳云龙,唐华英,陈贞南,冯恩浪,罗礼营,卢叶受保护的技术使用者：中国有色桂林矿产地质研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18