導電劑-活性炭復合電極制備及不對稱電容器脫鹽研究.pdf

1、電容去離子技術，因其能耗低、水回收率高、電極再生簡單和無二次污染等特點，是一項具有發(fā)展前景的海水、苦咸水淡化技術。但脫鹽的電流效率和脫鹽吸附量低仍是制約其發(fā)展的主要因素。本論文選擇化學修飾石墨烯或ZnO為導電劑與活性炭共混，制備不同的導電添加劑/活性炭復合電極并研究了復合電極性能。進一步組裝不對稱電容器，以改善電極內部微環(huán)境，根據摻雜材料表面Zeta電勢不同，解決脫鹽過程中反離子效應造成的電流效率低、脫鹽量低等問題，且摻雜材料導電性優(yōu)異

2、，可降低電極內阻。本論文主要研究結果如下:
　　1、在還原劑NaBH4存在條件下，采用對氨基苯磺酸重氮鹽與氧化石墨(GO)反應，制備磺化石墨烯。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)證明磺酸基團在石墨烯表面的成功接枝。掃描電子顯微鏡(SEM)研究了磺化石墨烯表面形貌。以GP-SO3H為添加劑，制備磺化石墨烯/活性炭(GP-SO3H/AC)復合電極。循環(huán)伏安(CV)及阻抗分析(EIS)證明了該復合電極的電容特性及導電性有明顯改善。并以AC電

3、極為對電極，組裝不對稱電容器(GP-SO3H/AC|AC)，研究了該不對稱電容器的電化學脫鹽性能。不對稱電容器中由于電極內磺酸基團的存在，電流效率大大提高，電容器的電流效率可達88.2％，單個循環(huán)脫鹽量達10.87mg/g，相比AC|AC對稱電容器，脫鹽量提高2.4倍。
　　2、以3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTS)修飾GO，并經還原合成胺化石墨烯。FTIR和能量色散型X射線光譜分析(EDX)證明了氨基基團的成功接枝。以GP-NH

4、2為添加劑，制備胺化石墨烯/活性炭(GP-NH2/AC)復合電極。CV和EIS證明該復合電極具有良好的電容特性和導電性。并以GP-NH2/AC為正極，AC電極為對電極，組裝不對稱電容器(GP-NH2/AC|AC)，研究了不對稱電容器的脫鹽性能。試驗表明GP-NH2/AC|AC單個循環(huán)脫鹽量為7.63mg/g，相比AC|AC對稱電容器(4.5mg/g)提高了1.7倍，電流效率可達77.63％。
　　以GP-NH2/AC為正極，GP-

5、SO3H/AC為負極，組裝正負兩極均含有帶電荷石墨烯的不對稱電容器(GP-NH2/AC|GP-SO3H/AC)，結果發(fā)現，GP-NH2/AC|GP-SO3H/AC不對稱電容器的平均單循環(huán)脫鹽量可達10.58mg/g，相比脫鹽性能較好的GP-SO3H|AC電容器，容量相當，但單循環(huán)的充放電時間縮短了1/3，電極吸脫附可逆性更好，脫鹽速率更快，電流效率增加到92.79％;證明正負極的修飾，可同時改善正負極的選擇性，減小反離子效應，進一步提高

6、電容器的電流效率。經過一周的循環(huán)脫鹽測試，GP-NH2/AC|GP-SO3H/AC脫鹽量只下降了15％。
　　3、以氧化鋅納米粒子為添加劑，制備氧化鋅/活性炭復合電極。SEM證明ZnO在AC中均勻分散。且對比兩種粒徑(ZnO-50，ZnO-200)的ZnO/AC電極的脫鹽性能，證明當摻雜ZnO粒徑為150～200nm時，所得ZnO/AC電極表面更平整，ZnO/AC|AC電容器脫鹽速率更快。并以AC電極為對極，組裝ZnO/AC|AC

7、電容器，分別研究了ZnO/AC為正極(+ZnO/AC|AC)和負極(-ZnO/AC|AC)時兩種不同電容器的脫鹽性能。對比發(fā)現-ZnO/AC|AC電容器的脫鹽量及穩(wěn)定性明顯優(yōu)于+ZnO/AC|AC。-ZnO/AC|AC不對稱電容器的平均單循環(huán)脫鹽量為9.35mg/g，平均電流效率為80.53％，相比AC|AC對稱電容器，脫鹽量和電流效率提高了2倍。而+ZnO/AC|AC不穩(wěn)定，幾個循環(huán)后的脫鹽量和AC|AC對稱電容器的相當，不能改善脫鹽