一种NaMnPO4/NaZnPO4复合材料及其制备方法和应用

本发明属于海水淡化领域，尤其涉及一种namnpo4/naznpo4复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、资料统计表明，地球表面71％的面积被水覆。然而，这些水98％是存在于海洋、内陆海和地下盆地咸水，这些水由于含盐量大，所以无法饮用，可饮用的淡水仅占全球总水量的2％左右。随着经济的发展和社会的进步，人们对水的需求量越来越大，而水资源的不足、时空分布不均匀、超限度的开采、无节制的浪费和污染使得淡水资源成为一个世界性的问题，许多国家也纷纷开始寻找新的水源。磷酸锰钠锌材料由于具有高电容量、优异的循环稳定性和高能量密度等优点，有作为去离子电容器电极的潜力。而磷酸锰钠锌材料电容率较低，且电化学性能不够稳定，限制了其在海水淡化系统中的应用。因此，改进磷酸锰钠锌合成工艺成为推广磷酸锰钠锌用于电容去离子技术的有效手段。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种比电容大、稳定性良好的且除盐性能优异的用于海水淡化的namnpo4/naznpo4复合材料；本发明的第二目的是提供一种该namnpo4/naznpo4复合材料的制备方法；本发明的第三目的是提供该namnpo4/naznpo4复合材料在淡化海水中的应用。

2、技术方案：本发明所述一种用于海水淡化的namnpo4/naznpo4复合材料，所述namnpo4/naznpo4复合材料为namnpo4和naznpo4的复合材料，所述namnpo4/naznpo4复合材料为十二面体实心结构，namnpo4和naznpo4均匀分布在复合材料中。

3、进一步地所述复合材料中namnpo4和naznpo4的含量分别为40-49.26％和50.74-60％。

4、一种本发明所述namnpo4/naznpo4复合材料的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)将乙酸锰溶于去离子水中，加入zif-8硬模板，超声，加入尿素，继续超声，加热反应，离心洗涤，冻干，煅烧，制得复合物a；

6、(2)将硝酸钠、醋酸锰和磷酸二氢铵加入去离子水溶解，超声，加入稀硝酸至溶液呈透明，得到磷酸锰钠溶液；

7、(3)将磷酸锰钠溶液搅拌加热反应，加入复合物a，继续搅拌反应，加入柠檬酸溶液，发生燃烧反应，将制得产物煅烧，制得namnpo4/naznpo4复合材料。

8、进一步地，步骤(1)中，所述乙酸锰、zif-8硬模板、尿素与去离子水的质量比为0.1～0.4:0.4～0.8:2～4:0.3。

9、进一步地，步骤(1)中，所述超声的时间为10～60min。

10、进一步地，步骤(1)中，所述加热反应的温度为50～100℃，加热反应的时间为4～10h。

11、进一步地，步骤(1)中，煅烧时的升温速率为4～8℃/min，煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为2～4h。

12、进一步地，步骤(2)中，所述硝酸钠、醋酸锰和磷酸二氢铵与去离子水的质量比为1:1:3:10。

13、进一步地，步骤(2)中，所述稀硝酸的浓度均为1～3mol/l。

14、进一步地，步骤(3)中，所述硝酸钠与复合物a的质量比为1:0.25～0.75。优选1:0.5。

15、进一步地，步骤(3)中，所述柠檬酸溶液的浓度均为1～3mol/l，所述柠檬酸溶液的加入量为5～30ml。

16、进一步地，步骤(3)中，所述搅拌加热反应的温度为200～400℃，搅拌加热反应的时间为10～30min。

17、进一步地，步骤(3)中，所述继续搅拌反应的时间为5～20min。

18、进一步地，步骤(3)中，所述燃烧反应时间为5～20min。

19、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧是以升温速率4～8℃/min升温至600-900℃，煅烧6h以上，优选800℃煅烧6h。

20、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧是以升温速率4～8℃/min升温至800℃，煅烧6h。

21、本发明通过溶液燃烧法、高温煅烧合成制备了namnpo4/naznpo4复合材料，磷酸锰钠均匀填入复合物a纳米空心球的同时，亦提高了namnpo4/naznpo4电化学性能，且同时也为后期的海水淡化提供了较大的电容，和活性位点。

22、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

23、本发明namnpo4/naznpo4复合材料比表面积大，十二面体实心结构，能提供良好的离子传输通道，且制备过程简单，绿色经济；同时，该namnpo4/naznpo4复合材料电容量高，循环性能良好，应用于海水淡化的电极材料，在1v的电压下在1000mg/l的na2so4溶液中除盐量高达697mg/g，在1000mg/l的nacl溶液中除盐量高达612mg/g。能够增强脱盐性能，提高海水淡化效率。

技术特征：

1.一种namnpo4/naznpo4复合材料，其特征在于，所述namnpo4/naznpo4复合材料为namnpo4和naznpo4的复合材料，所述namnpo4/naznpo4复合材料为十二面体实心结构，namnpo4和naznpo4均匀分布在复合材料中。

2.根据权利要求1所述的namnpo4/naznpo4复合材料，其特征在于，所述namnpo4/naznpo4复合材料中namnpo4和naznpo4的含量分别为40-49.26％和50.74-60％。

3.一种权利要求1或2所述namnpo4/naznpo4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乙酸锰、zif-8硬模板、尿素与去离子水的质量比为0.1～0.4:0.4～0.8:2～4:0.3。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述超声的时间为10～60min，所述加热反应的温度为50～100℃，加热反应的时间为4～10h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，煅烧时的升温速率为4～8℃/min，煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为2～4h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硝酸钠、醋酸锰、磷酸二氢铵与去离子水的质量比为1:1:3:10，所述稀硝酸的浓度均为1～3mol/l。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硝酸钠与复合物a的质量比为0.25-0.75，所述柠檬酸溶液的浓度均为1～3mol/l，所述柠檬酸溶液的加入量为5～30ml，所述搅拌加热反应的温度为200～400℃，搅拌加热反应的时间为10～30min。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述继续搅拌反应的时间为5～20min，所述燃烧反应时间为5～20min，所述煅烧是以升温速率4～8℃/min升温至600～900℃煅烧6h以上。

10.权利要求1或2所述namnpo4/naznpo4复合材料在淡化海水中的应用。

技术总结
本发明公开了一种NaMnPO<subgt;4</subgt;/NaZnPO<subgt;4</subgt;复合材料及其制备方法和应用，该复合材料由NaMnPO<subgt;4</subgt;和NaZnPO<subgt;4</subgt;构成，为十二面体实心结构，NaMnPO<subgt;4</subgt;/NaZnPO<subgt;4</subgt;均匀分布在复合材料中；本发明分别制得氧化锌与锌锰氧化物复合物和磷酸锰钠，将氧化锌与锌锰氧化物复合物与磷酸锰钠燃烧反应后再进行煅烧即可。本发明的NaMnPO<subgt;4</subgt;/NaZnPO<subgt;4</subgt;复合材料比表面积大，十二面体实心结构，能提供良好的离子传输通道，且制备过程简单，绿色经济；同时，该NaMnPO<subgt;4</subgt;/NaZnPO<subgt;4</subgt;复合材料电容量高，循环性能良好，应用于海水淡化的电极材料，能够增强脱盐性能，提高海水淡化效率。

技术研发人员：丹媛媛,刘东升,庞志辉,于化龙
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12