活性炭基電容去離子薄膜電極的制備、表面改性及性能研究.pdf

1、電容去離子（Capacitive Deionization, CDI)，是一種基于雙電層電容理論的含鹽水淡化技術(shù)。其基本原理是：在電極兩端施加一個(gè)低電壓（一般1.2-2.0 V）后，含鹽水溶液中的陽(yáng)離子、陰離子等其他帶電粒子在電場(chǎng)力和濃度梯度作用下分別向電容器兩極板遷移，最終吸附于電極表面形成雙電層，從而達(dá)到脫鹽或凈化的目的。當(dāng)陰陽(yáng)電極吸附的陰陽(yáng)離子達(dá)到飽和之后，將直流電壓正負(fù)極反向或者將電壓撤去，在陰陽(yáng)兩電極表面吸附著的陰陽(yáng)離子將會(huì)離

2、開(kāi)電極表面，重新返回到水溶液當(dāng)中，此時(shí)電極可以回收循環(huán)利用。電極材料的性質(zhì)是決定CDI吸附性能好壞最關(guān)鍵的因素。電極材料的離子可接觸面積大，孔徑分布均勻，導(dǎo)電率、比電容高等性能都將有利于電極材料的電吸附。活性炭由于比表面積非常高，制作成本低等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于電容去離子電極材料中，不過(guò)由于其介孔分布少，孔徑分布不均勻等局限性的存在限制了其在CDI領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。本文從活性炭改性出發(fā)，進(jìn)一步將其與其他無(wú)機(jī)或者有機(jī)材料復(fù)合，通過(guò)輥對(duì)輥的薄

3、膜制備工藝，借助于聚四氟乙烯的粘結(jié)作用，制備得到柔性薄膜電極材料，并對(duì)其進(jìn)行CDI測(cè)試，取得了良好的去離子效果。
　　論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　?。?）在氮?dú)鈿夥障?，使用高濃度氫氧化鉀溶液?duì)市售活性炭進(jìn)行改性，并加入少量市售石墨烯和粘結(jié)劑 PTFE，通過(guò)輥對(duì)輥的薄膜制備工藝將混合原料輥壓制備薄膜電極材料。利用強(qiáng)堿對(duì)活性炭進(jìn)行刻蝕，可以改善活性炭介孔分布少，孔徑分布不均勻的缺點(diǎn)；在體系中引入二維片狀石墨烯可以改善活性炭顆粒的

4、電性能，提高其電吸附量。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，薄膜電極材料在流速為30 mL/min，濃度為450 mg/L，體積為150 mL的氯化鈉溶液中除鹽量最高達(dá)到10.5 mg/g，比改性前的活性炭電極材料的3 mg/g提高了250%，除鹽效果顯著改善，在 CDI領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
　?。?）通過(guò)原位聚合的方法，在活性炭表面負(fù)載導(dǎo)電聚合物聚苯胺，通過(guò)改變表面活性劑十二烷基磺酸鈉的濃度來(lái)控制聚苯胺的接枝量，制得四種形貌不同的活性炭/聚苯胺